Alcoholemia de Peine de Frecuencias Mejorado de JILA Detecta 4 Biomarcadores con Sensibilidad 1000x

Los científicos de JILA han aumentado la sensibilidad de su alcoholímetro de peine de frecuencias de una década mil veces, permitiéndole detectar biomarcadores adicionales de enfermedades —cuatro ahora— con el potencial para seis más. Cuando se valide y se integre en un diseño portátil, el sistema de peine podría ofrecer análisis no invasivo y 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 “huella digital” de químicos midiendo los colores y cantidades de luz absorbida mientras un peine de frecuencia láser pasa de ida y vuelta a través de muestras de aliento cargadas en un tubo de vidrio espejado. Actualizaciones recientes incluyen un cambio en el espectro de luz analizado del infrarrojo cercano al infrarrojo medio, donde más moléculas absorben luz, y avances en recubrimientos ópticos y varias otras tecnologías para lograr sensibilidad de detección hasta el nivel de partes por trillón.

Como se describe en Proceedings of the National Academy of Sciences, los fellows de NIST/JILA Jun Ye y David Nesbitt detectaron y monitorearon cuatro biomarcadores —metanol (CH₃OH), metano (CH₄), agua (H₂O) 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 hacia el infrarrojo debería expandir enormemente la capacidad de detección e permitir la identificación de muchos cientos de químicos traza en el 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 ello, impulsados por la posibilidad de eventualmente probar COVID-19. “Estamos realmente bastante optimistas y comprometidos a llevar esta tecnología a aplicaciones médicas reales”, dijo Ye.

La técnica analítica más usada en investigación de aliento es cromatografía de gases combinada con espectrometría de masas, que puede detectar cientos de moléculas exhaladas pero funciona lentamente, requiriendo decenas de minutos. La mayoría de pruebas de aliento ópticas aprobadas por la FDA detectan solo un químico.

El análisis de aliento es la aplicación médica principal para peines de frecuencias. Los peines ofrecen una combinación de amplia cobertura espectral, alta resolución y alta sensibilidad, detectando potencialmente decenas de 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 de NIST para diseñar una versión compacta del alcoholímetro. El tubo mide solo 55 centímetros (21.7 pulgadas) de largo, pero el peine láser es personalizado y algo voluminoso.