Breathalyzer Comb JILA yang Ditingkatkan Mendeteksi 4 Biomarker dengan Sensitivitas 1000×
Ilmuwan JILA telah meningkatkan sensitivitas breathalyzer comb frekuensi berusia sepuluh tahun mereka seribu kali, memungkinkannya untuk mendeteksi biomarker penyakit tambahan — empat sekarang — dengan potensi untuk enam lagi. Saat divalidasi dan dirancang menjadi desain portabel, sistem comb ini dapat menawarkan analisis napas manusia noninvasif real-time untuk mendeteksi dan memantau penyakit. JILA dioperasikan bersama oleh National Institute of Standards and Technology (NIST) dan Universitas Colorado Boulder.
Sistem JILA “sidik jari” kimia dengan mengukur warna dan jumlah cahaya yang diserap saat gelombang frekuensi comb melewati sampel napas yang dimuat ke dalam tab kaca berpecah belah. Peningkatan terbaru termasuk pergeseran spektrum cahaya yang dianalisis dari near-infrared ke band mid-infrared, 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 Proceedings of the National Academy of Sciences, NIST/JILA Fellows Jun Ye dan David Nesbitt mendeteksi dan memantau empat biomarker — metanol (CH3OH), metana (CH4), air (H2O) dan bentuk air berat (HDO) — dalam napas sukarela. Ini adalah indikator kondisi kesehatan seperti, dalam kasus metana, masalah usus.
Para peneliti berkata layak menggunakan alat yang sama untuk mendeteksi enam kimia lagi: formaldehida, etan, sulfida karbonil, etilena, disulfida karbon dan ammonia. Selain itu, memperluas gelombang comb lebih dalam ke inframerah harus sangat memperluas kemampuan deteksi dan memungkinkan identifikasi ratusan kimia napas jejak.
Peneliti JILA mendemonstrasikan prototipe breathalyzer comb pada 2008 tetapi tidak mengembangkannya lebih lanjut pada waktu itu. Mereka kini telah fokus kembali, dipicu oleh kemungkinan untuk akhirnya menguji COVID-19. “Kami sangat optimis dan berkomitmen untuk mendorong teknologi ini ke aplikasi medis nyata,” kata Ye.
Teknik analitis yang paling banyak digunakan dalam penelitian napas adalah kromatografi gas yang digabungkan dengan spektrometri massa, yang dapat mendeteksi ratusan molekul yang dihembuskan tetapi bekerja lambat, memerlukan puluhan menit. Tes optik napas yang disetujui oleh U.S. Food and Drug Administration sebagian besar hanya mendeteksi satu kimia.
Analisis napas adalah aplikasi medis terdepan untuk comb frekuensi. Comb menawarkan kombinasi cakupan spektral luas, resolusi tinggi, dan sensitivitas tinggi, potensialmente mendeteksi puluhan kimia secara bersamaan. Di antara keuntungan lainnya, sistem comb tidak akan membutuhkan reagen kimia dan fasilitas laboratorium kompleks.
Ye dan Nesbitt sekarang bekerja dengan peneliti NIST lainnya untuk merancang versi kompakt dari breathalyzer. Tab hanya 55 sentimeter (21,7 inci) panjang, tetapi gelombang comb laser dibuat khusus dan agak besar.
