Расчесочный алкотестер — в тысячу раз более чувствительный к биомаркерам заболеваний

Ученые JILA в тысячу раз повысили чувствительность своего частотного гребенчатого алкотестера десятилетней давности, что позволило ему обнаруживать дополнительные биомаркеры болезни — теперь четыре — с потенциалом еще шести. После проверки и внедрения в портативную конструкцию гребенчатая система сможет предлагать неинвазивный анализ человеческого дыхания в режиме реального времени для выявления и мониторинга заболеваний. JILA совместно управляется Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) и Колорадским университетом в Боулдере.

Система JILA «отпечатывает» химические вещества, измеряя цвета и количество поглощаемого света, когда лазерная гребенка проходит вперед и назад через образцы дыхания, загруженные в зеркальную стеклянную трубку. Недавние усовершенствования включают сдвиг анализируемого спектра света от ближнего инфракрасного диапазона к среднему инфракрасному диапазону, где больше молекул поглощает свет, а также достижения в области оптических покрытий и некоторых других технологий для достижения чувствительности обнаружения до уровня триллионных частей. .

Как описано в Proceedings of the National Academy of Sciences, Стипендиаты NIST/JILA Джун Йе и Дэвид Несбитт обнаружили и отслеживали четыре биомаркера — метанол (CH₃ ОН), метан (CH₄ ), вода (H₂ O) и форма тяжелой воды (HDO) — в дыхании добровольца. Это индикаторы состояния здоровья, например, в случае метана, проблемы с кишечником.

Исследователи говорят, что можно использовать тот же прибор для обнаружения еще шести химических веществ:формальдегида, этана, карбонилсульфида, этилена, сероуглерода и аммиака. Кроме того, распространение гребенчатых лазеров дальше в инфракрасном диапазоне должно значительно расширить возможности обнаружения и позволить идентифицировать многие сотни химических веществ, обнаруженных в выдыхаемом воздухе.

Исследователи JILA продемонстрировали прототип гребенчатого алкотестера в 2008 году, но в то время не разрабатывали его дальше. Теперь они переориентировались на это, что было вызвано возможностью в конечном итоге провести тестирование на COVID-19. «Мы очень оптимистичны и полны решимости использовать эту технологию в реальных медицинских приложениях», — сказал Йе.

Наиболее широко используемым аналитическим методом в исследовании дыхания является газовая хроматография в сочетании с масс-спектрометрией, которая может обнаруживать сотни выдыхаемых молекул, но работает медленно, требуя десятков минут. Большинство оптических тестов дыхания, одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, обнаруживают только одно химическое вещество.

Анализ дыхания является ведущим медицинским приложением частотных гребенок. Гребенки сочетают в себе широкий спектральный охват, высокое разрешение и высокую чувствительность, потенциально обнаруживая десятки химических веществ одновременно. Помимо других преимуществ, гребенчатая система не требует химических реагентов и сложного лабораторного оборудования.

Йе и Несбитт сейчас работают с другими исследователями NIST над созданием компактной версии алкотестера. Трубка имеет длину всего 55 сантиметров (21,7 дюйма), но лазерная расческа изготовлена ​​на заказ и несколько громоздка.