p O aluno de pós-graduação Qizhong Liang ajusta o bafômetro pente de frequência da JILA, que identifica moléculas associadas a doenças com base nas cores e na quantidade de luz absorvida dentro do tubo (à esquerda) contendo as amostras de ar expirado. Crédito:R. Jacobson / NIST
p Os cientistas da JILA aumentaram a sensibilidade de seu bafômetro de frequência com uma década de idade em mil vezes e podem detectar biomarcadores adicionais de doenças - quatro agora, com potencial para mais seis. Quando validado e projetado em um design portátil, o sistema de pente pode oferecer em tempo real, análise não invasiva da respiração humana para detectar e monitorar doenças. A JILA é operada em conjunto pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e pela Universidade de Colorado Boulder. p O sistema JILA "marca" os produtos químicos medindo as cores e a quantidade de luz absorvida à medida que um pente de frequência de laser passa para frente e para trás através de amostras de respiração carregadas em um tubo de vidro espelhado. As atualizações recentes incluem uma mudança no espectro de luz analisado da banda do infravermelho próximo para a faixa do infravermelho médio, onde mais moléculas absorvem luz, e avanços em revestimentos ópticos e várias outras tecnologias para atingir a sensibilidade de detecção até o nível de partes por trilhão.
p Conforme descrito em
Proceedings of the National Academy of Sciences, NIST / JILA Fellows Jun Ye e David Nesbitt detectaram e monitoraram quatro biomarcadores - metanol (CH
3 OH), metano (CH
4 ), água (H
2 O) e uma forma de água pesada (HDO) - na respiração de um voluntário. Estes são indicadores de condições de saúde, como, no caso do metano, problemas intestinais.
p Os pesquisadores afirmam que é viável usar o mesmo aparelho para detectar mais seis produtos químicos:formaldeído, etano, sulfeto de carbonila, etileno, dissulfeto de carbono e amônia. Além disso, estender os lasers do pente ainda mais no infravermelho deve expandir muito a capacidade de detecção e permitir a identificação de muitas centenas de traços de substâncias químicas na respiração.
p Os pesquisadores da JILA demonstraram um protótipo de bafômetro de pente em 2008, mas não o desenvolveram mais naquela época. Eles agora se concentraram nisso, solicitado pela possibilidade de, eventualmente, testar o COVID-19.
Jun Ye e David Nesbitt, membros do NIST / JILA, construíram um bafômetro que identifica biomarcadores de doenças medindo as cores e a quantidade de luz absorvida quando um pente de frequência de laser passa por amostras de ar expirado dentro de um tubo de vidro. Crédito:J. Wang / NIST p "Estamos realmente muito otimistas e comprometidos em levar esta tecnologia para aplicações médicas reais, "Ye disse.
p A técnica analítica mais amplamente utilizada na pesquisa da respiração é a cromatografia gasosa combinada com espectrometria de massa, que pode detectar centenas de moléculas exaladas, mas funciona lentamente, exigindo dezenas de minutos. A maioria dos testes de respiração ópticos aprovados pela Food and Drug Administration dos EUA detecta apenas um produto químico. JILA é a única instituição que publicou pesquisas sobre bafômetros de pente, Ye disse.
p A análise da respiração é a principal aplicação médica para pentes de frequência. Os pentes oferecem uma combinação de ampla cobertura espectral, alta resolução e alta sensibilidade, potencialmente detectando dezenas de produtos químicos simultaneamente. Entre outras vantagens, o sistema de pente não exigiria reagentes químicos e instalações laboratoriais complexas.
p Ye e Nesbitt estão agora trabalhando com outros pesquisadores do NIST para criar uma versão compacta do bafômetro. O tubo tem apenas 55 centímetros (21,7 polegadas) de comprimento, mas o pente a laser é feito sob medida e um tanto volumoso.
