Comb Breathalyzer — Seribu Kali Lebih Peka terhadap Biomarker Penyakit

Ilmuwan JILA telah meningkatkan sensitivitas Breathalyzer sisir frekuensi mereka yang berusia satu dekade seribu kali lipat, memungkinkannya mendeteksi biomarker penyakit tambahan - empat sekarang - dengan potensi enam lagi. Ketika divalidasi dan direkayasa menjadi desain portabel, sistem sisir dapat menawarkan analisis napas manusia non-invasif secara real-time untuk mendeteksi dan memantau penyakit. JILA dioperasikan bersama oleh National Institute of Standards and Technology (NIST) dan University of Colorado Boulder.

Bahan kimia "sidik jari" sistem JILA dengan mengukur warna dan jumlah cahaya yang diserap saat sisir frekuensi laser melewati bolak-balik melalui sampel napas yang dimuat ke dalam tabung kaca cermin. Pembaruan terbaru mencakup pergeseran spektrum cahaya yang dianalisis dari pita inframerah-dekat ke inframerah-tengah, di mana lebih banyak molekul menyerap cahaya, dan kemajuan dalam lapisan optik dan beberapa teknologi lainnya untuk mencapai sensitivitas deteksi hingga tingkat bagian per triliun. .

Seperti yang dijelaskan dalam Prosiding National Academy of Sciences, Rekan NIST/JILA Jun Ye dan David Nesbitt mendeteksi dan memantau empat biomarker — metanol (CH₃ OH), metana (CH₄ ), air (H₂ O) dan bentuk air berat (HDO) — dalam napas seorang sukarelawan. Ini adalah indikator kondisi kesehatan seperti, dalam kasus metana, masalah usus.

Para peneliti mengatakan layak untuk menggunakan alat yang sama untuk mendeteksi enam bahan kimia lagi:formaldehida, etana, karbonil sulfida, etilena, karbon disulfida dan amonia. Selain itu, memperluas laser sisir lebih jauh ke dalam inframerah akan sangat memperluas kemampuan deteksi dan memungkinkan identifikasi ratusan bahan kimia jejak napas.

Peneliti JILA mendemonstrasikan prototipe comb breathalyzer pada tahun 2008 tetapi tidak mengembangkannya lebih lanjut pada saat itu. Mereka sekarang telah memfokuskan kembali pada hal itu, didorong oleh kemungkinan pengujian COVID-19. “Kami sangat optimis dan berkomitmen untuk mendorong teknologi ini ke aplikasi medis nyata,” kata Ye.

Teknik analisis yang paling banyak digunakan dalam penelitian napas adalah kromatografi gas yang dikombinasikan dengan spektrometri massa, yang dapat mendeteksi ratusan molekul yang dihembuskan tetapi bekerja lambat, membutuhkan waktu puluhan menit. Sebagian besar tes pernapasan optik yang disetujui oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan AS hanya mendeteksi satu bahan kimia.

Analisis napas adalah aplikasi medis terkemuka untuk sisir frekuensi. Combs menawarkan kombinasi cakupan spektral yang luas, resolusi tinggi, dan sensitivitas tinggi, yang berpotensi mendeteksi puluhan bahan kimia secara bersamaan. Di antara kelebihan lainnya, sistem sisir tidak memerlukan reagen kimia dan fasilitas laboratorium yang rumit.

Ye dan Nesbitt sekarang bekerja dengan peneliti NIST lainnya untuk merekayasa versi ringkas dari breathalyzer. Panjang tabungnya hanya 55 sentimeter (21,7 inci), tetapi sisir laser dibuat khusus dan agak besar.