Los científicos de JILA han aumentado mil veces la sensibilidad de su alcoholímetro de peine de frecuencia, pudiendo ahora detectar biomarcadores adicionales de enfermedades: cuatro en este momento, pero con el potencial de seis biomarcadores más. Cuando se valide y se convierta en un diseño portátil, el sistema de peine podría ofrecer un análisis no invasivo en tiempo real del aliento humano para detectar y monitorear diferentes enfermedades. El Instituto JILA es operado conjuntamente por el NIST y la Universidad de Colorado Boulder.

El sistema creado por JILA “toma huellas dactilares”, de las sustancias químicas midiendo los colores y las cantidades de luz absorbida, cuando un peine de frecuencia láser pasa de un lado a otro a través de las muestras de aliento cargadas en un tubo de vidrio espejado. Las actualizaciones recientes de este sistema de medición, incluyen un cambio en el espectro de luz analizado desde el infrarrojo cercano a la banda del infrarrojo medio, donde más moléculas absorben la luz. Los avances en recubrimientos ópticos y varias otras tecnologías han logrado una sensibilidad de detección hasta el nivel de partes por trillón (ppt).

Se detectaron y monitorearon cuatro biomarcadores (en el aliento de un voluntario): metanol (CH3OH), metano (CH4), agua (H2O) y una forma de agua llamada deuterada (HDO). Estos son indicadores de condiciones de salud, como en el caso del metano que puede indicar que una persona tiene problemas intestinales.

Los investigadores dicen que es factible usar el mismo equipo para detectar seis químicos más: formaldehído, etano, sulfuro de carbonilo, etileno, disulfuro de carbono y amoníaco. Además, se puede extender los láseres de peine más hacia el infrarrojo, lo cual debería expandir en gran medida la capacidad de detección y permitir la identificación de muchos cientos de trazas de sustancias químicas del aliento.

Los investigadores de JILA demostraron un prototipo de alcoholímetro de peine en el año 2008, pero no lo desarrollaron más desde ese momento. Ahora se han reenfocado en eso, impulsados ​​por la posibilidad de eventualmente realizar pruebas para COVID-19, utilizando esta técnica. Actualmente la técnica analítica más utilizada en la investigación del aliento es la cromatografía de gases, combinada con la espectrometría de masas, que puede detectar cientos de moléculas exhaladas, pero funciona lentamente y requiere decenas de minutos. La mayoría de las pruebas ópticas de aliento aprobadas por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. detectan solo una sustancia química. El JILA es la única institución que ha publicado investigaciones sobre alcoholímetros de peine.

El análisis del aliento es la aplicación médica líder para los peines de frecuencia. Los peines ofrecen una combinación de amplia cobertura espectral, alta resolución y alta sensibilidad, que pueden detectar decenas de productos químicos simultáneamente. Entre otras ventajas, el sistema de peine no requeriría reactivos químicos ni instalaciones de laboratorio complejas.

Los investigadores del JILA ahora están trabajando con otros investigadores del NIST, para diseñar una versión compacta del alcoholímetro. Actualmente el tubo de vidrio mide solo 55 centímetros de largo, pero el peine láser está hecho a medida y es voluminoso, es por ello que los esfuerzos están enfocados en la miniaturización de este equipo.

Para mayor información puede acceder al siguiente link: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2105063118