Comb alkometer er nu tusind gange mere følsom over for sygdomsbiomarkører

JILA-forskere har forstærket følsomheden af ​​deres årti gamle alkometer med frekvenskam tusind gange og kan opdage yderligere biomarkører for sygdom - fire nu, med mulighed for seks mere. Når valideret og konstrueret til et bærbart design, kamsystemet kunne tilbyde realtid, ikke-invasiv analyse af menneskelig ånde for at opdage og overvåge sygdomme. JILA drives i fællesskab af National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Colorado Boulder.

JILA-systemet "fingeraftryk" kemikalier ved at måle farverne og mængden af ​​lys, der absorberes, når en laserfrekvenskam passerer frem og tilbage gennem åndeprøver, der er lagt i et spejlglasrør. Nylige opgraderinger inkluderer et skift i lysspektret analyseret fra det nær-infrarøde til det mellem-infrarøde bånd, hvor flere molekyler absorberer lys, og fremskridt inden for optiske belægninger og adskillige andre teknologier for at opnå detektionsfølsomhed op til dele-per-billion-niveauet.

Som beskrevet i Proceedings fra National Academy of Sciences, NIST/JILA-stipendiater Jun Ye og David Nesbitt opdagede og overvågede fire biomarkører - methanol (CH ₃ Åh), metan (CH ₄ ), vand (H ₂ O) og en form for tungt vand (HDO) - i en frivilligs ånde. Disse er indikatorer for helbredstilstande som f. i tilfælde af metan, tarmproblemer.

Forskerne siger, at det er muligt at bruge det samme apparat til at opdage yderligere seks kemikalier:formaldehyd, ethan, carbonylsulfid, ethylen, kulstofdisulfid og ammoniak. Ud over, forlængelse af kamlaserne længere ind i det infrarøde bør i høj grad udvide detektionsevnen og muliggøre identifikation af mange hundrede sporstofkemikalier.

JILA-forskere demonstrerede en prototype alkometer i 2008, men udviklede den ikke yderligere på det tidspunkt. De har nu igen fokuseret på det, foranlediget af muligheden for i sidste ende at teste for COVID-19.

"Vi er virkelig ret optimistiske og forpligtede til at skubbe denne teknologi til rigtige medicinske anvendelser, " sagde du.

Den mest udbredte analytiske teknik i åndedrætsforskning er gaskromatografi kombineret med massespektrometri, som kan detektere hundredvis af udåndede molekyler, men virker langsomt, kræver ti minutter. De fleste optiske udåndingstest godkendt af U.S. Food and Drug Administration påviser kun ét kemikalie. JILA er den eneste institution, der har publiceret forskning i alkometer, sagde du.

Åndedrætsanalyse er den førende medicinske applikation til frekvenskamme. Kamme tilbyder en kombination af bred spektral dækning, høj opløsning og høj følsomhed, potentielt opdage snesevis af kemikalier samtidigt. Blandt andre fordele, kamsystemet ville ikke kræve kemiske reagenser og komplekse laboratoriefaciliteter.

Ye og Nesbitt arbejder nu sammen med andre NIST-forskere for at konstruere en kompakt version af alkometeret. Røret er kun 55 centimeter (21,7 tommer) langt, men laserkammen er specialfremstillet og noget omfangsrig.