Bafômetro de pente — mil vezes mais sensível a biomarcadores de doenças

Os cientistas da JILA aumentaram mil vezes a sensibilidade de seu bafômetro de frequência de uma década, permitindo 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 análise não invasiva em tempo real da respiração humana para detectar e monitorar doenças. O JILA é operado em conjunto pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e pela Universidade do Colorado Boulder.

O sistema JILA “imprime as impressões digitais” dos produtos químicos medindo as cores e as quantidades de luz absorvidas 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. Atualizações recentes incluem uma mudança no espectro de luz analisado do infravermelho próximo para o infravermelho médio, onde mais moléculas absorvem a luz, e avanços em revestimentos ópticos e várias outras tecnologias para alcançar a sensibilidade de detecção até o nível de partes por trilhão .

Conforme descrito em Proceedings of the National Academy of Sciences, NIST/JILA Fellows Jun Ye e David Nesbitt detectaram e monitoraram quatro biomarcadores — metanol (CH₃ OH), metano (CH₄ ), água (H₂ O) e uma forma de água pesada (HDO) — na respiração de um voluntário. São indicadores de condições de saúde como, no caso do metano, problemas intestinais.

Os pesquisadores dizem 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 pente ainda mais no infravermelho deve expandir muito a capacidade de detecção e permitir a identificação de muitas centenas de vestígios de produtos químicos no hálito.

Os pesquisadores da JILA demonstraram um protótipo de bafômetro de pente em 2008, mas não o desenvolveram mais na época. Eles agora voltaram a se concentrar nele, motivados pela possibilidade de eventualmente testar o COVID-19. “Estamos realmente bastante otimistas e comprometidos em levar essa tecnologia para aplicações médicas reais”, disse Ye.

A técnica analítica mais utilizada na pesquisa da respiração é a cromatografia gasosa combinada com a 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.

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.

Ye e Nesbitt estão agora trabalhando com outros pesquisadores do NIST para projetar 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 pouco volumoso.