JILA-forskare har ökat känsligheten hos deras decennium gamla alkomätare med frekvenskam tusen gånger och kan upptäcka ytterligare biomarkörer för sjukdomar – fyra nu, med potential för sex till. När den är validerad och konstruerad till en bärbar design, kamsystemet kan erbjuda realtid, icke-invasiv analys av mänsklig andedräkt för att upptäcka och övervaka sjukdomar. JILA drivs gemensamt av National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Colorado Boulder.

JILA-systemet "fingeravtryck" kemikalier genom att mäta färgerna och mängden ljus som absorberas när en laserfrekvenskam passerar fram och tillbaka genom andningsprover laddade i ett spegelglasrör. De senaste uppgraderingarna inkluderar en förändring av ljusspektrumet som analyserats från det nära-infraröda till det mellaninfraröda bandet, där fler molekyler absorberar ljus, och framsteg inom optiska beläggningar och flera andra teknologier för att uppnå detektionskänslighet upp till delar per biljon nivå.

Som beskrivs i Proceedings of the National Academy of Sciences, NIST/JILA-stipendiater Jun Ye och David Nesbitt upptäckte och övervakade fyra biomarkörer - metanol (CH ₃ ÅH), metan (CH ₄ ), vatten (H ₂ O) och en form av tungt vatten (HDO) - i en volontärs andetag. Dessa är indikatorer på hälsotillstånd som, när det gäller metan, tarmproblem.

Forskarna säger att det är möjligt att använda samma apparat för att upptäcka ytterligare sex kemikalier:formaldehyd, etan, karbonylsulfid, eten, koldisulfid och ammoniak. Dessutom, Att förlänga kamlasrarna längre in i det infraröda området skulle avsevärt utöka detekteringsförmågan och möjliggöra identifieringen av många hundra spår av andningskemiska ämnen.

JILA-forskare visade en prototyp av en alkomätare 2008 men utvecklade den inte vidare vid den tiden. De har nu åter fokuserat på det, föranledd av möjligheten att så småningom testa för covid-19.

"Vi är verkligen ganska optimistiska och engagerade i att driva denna teknik till riktiga medicinska tillämpningar, " sa du.

Den mest använda analytiska tekniken inom andningsforskning är gaskromatografi kombinerat med masspektrometri, som kan upptäcka hundratals utandningsmolekyler men fungerar långsamt, tar tiotals minuter. De flesta optiska utandningstester som godkänts av U.S. Food and Drug Administration upptäcker endast en kemikalie. JILA är den enda institutionen som har publicerat forskning om alkomätare, sa du.

Andningsanalys är den ledande medicinska applikationen för frekvenskammar. Kammar erbjuder en kombination av bred spektral täckning, hög upplösning och hög känslighet, potentiellt upptäcka tiotals kemikalier samtidigt. Bland andra fördelar, kamsystemet skulle inte kräva kemiska reagenser och komplexa laboratorieanläggningar.

Ye och Nesbitt arbetar nu med andra NIST-forskare för att konstruera en kompakt version av alkomätaren. Röret är bara 55 centimeter (21,7 tum) långt, men laserkammen är specialtillverkad och något skrymmande.