Alcoholímetro de peine:mil veces más sensible a los biomarcadores de enfermedades

Los científicos de JILA han aumentado mil veces la sensibilidad de su alcoholímetro de peine de frecuencia de una década, lo que le permite detectar biomarcadores adicionales de enfermedades (cuatro ahora) con el potencial de seis más. Cuando se valide y se convierta en un diseño portátil, el sistema de peine podría ofrecer un análisis no invasivo en tiempo real del aliento humano para detectar y monitorear enfermedades. JILA es operado conjuntamente por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder.

El sistema JILA "toma huellas dactilares" de las sustancias químicas midiendo los colores y las cantidades de luz absorbida cuando un peine de frecuencia láser pasa de un lado a otro a través de las muestras de aliento cargadas en un tubo de vidrio espejado. Las actualizaciones recientes incluyen un cambio en el espectro de luz analizado desde el infrarrojo cercano a la banda del infrarrojo medio, donde más moléculas absorben la luz, y avances en recubrimientos ópticos y varias otras tecnologías para lograr una sensibilidad de detección hasta el nivel de partes por trillón. .

Como se describe en Proceedings of the National Academy of Sciences, Los becarios de NIST/JILA, Jun Ye y David Nesbitt, detectaron y monitorearon cuatro biomarcadores:metanol (CH₃ OH), metano (CH₄ ), agua (H₂ O) y una forma de agua pesada (HDO) — en el aliento de un voluntario. Estos son indicadores de condiciones de salud como, en el caso del metano, problemas intestinales.

Los investigadores dicen que es factible usar el mismo aparato para detectar seis químicos más:formaldehído, etano, sulfuro de carbonilo, etileno, disulfuro de carbono y amoníaco. Además, extender los láseres de peine más allá del infrarrojo debería ampliar en gran medida la capacidad de detección y permitir la identificación de muchos cientos de trazas de sustancias químicas del aliento.

Los investigadores de JILA demostraron un prototipo de alcoholímetro de peine en 2008, pero no lo desarrollaron más en ese momento. Ahora se han reenfocado en eso, impulsados ​​por la posibilidad de eventualmente realizar pruebas para COVID-19. "Somos bastante optimistas y estamos comprometidos a llevar esta tecnología a aplicaciones médicas reales", dijo Ye.

La técnica analítica más utilizada en la investigación del aliento es la cromatografía de gases combinada con la espectrometría de masas, que puede detectar cientos de moléculas exhaladas pero funciona lentamente y requiere decenas de minutos. La mayoría de las pruebas ópticas de aliento aprobadas por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. detectan solo una sustancia química.

El análisis del aliento es la aplicación médica líder para los peines de frecuencia. Los peines ofrecen una combinación de amplia cobertura espectral, alta resolución y alta sensibilidad, que pueden detectar decenas de productos químicos simultáneamente. Entre otras ventajas, el sistema de peine no requeriría reactivos químicos ni instalaciones de laboratorio complejas.

Ye y Nesbitt ahora están trabajando con otros investigadores del NIST para diseñar una versión compacta del alcoholímetro. El tubo mide solo 55 centímetros (21,7 pulgadas) de largo, pero el peine láser está hecho a medida y es algo voluminoso.