Forskare har utvecklat en extremt känslig, ändå enkel optisk metod för att detektera formaldehyd i en persons andetag. Eftersom formaldehyd studeras som en potentiell biomarkör för lung- och bröstcancer, den nya metoden kan en dag leda till ett billigt och snabbt sätt att screena för cancer.

"Att mäta biomarkörer i utandningsandning är icke-invasivt, smärtfritt och snabbt och kan användas för att screena för cancer även i mycket tidiga sjukdomsstadier, som är avgörande för framgångsrik behandling, " sa forskargruppsledaren Mateusz Winkowski från Warszawas universitet i Polen. "Den optiska metoden vi utvecklade skulle kunna göra den här typen av mätning mer praktisk och billigare."

I tidskriften The Optical Society (OSA) Biomedicinsk Optik Express , Winkowski och Tadeusz Stacewicz visar att deras nya optiska avkänningsmetod baserad på multipassspektroskopi kan detektera närvaron av en molekyl formaldehyd i en miljon luftpartiklar, eller 1 del per miljon, även i närvaro av gaser som kan störa optiska mätningar.

"Vår dröm är att en dag bygga en bordsenhet som skulle vara billig och som kan användas för cancerscreening i vilket medicinskt konsultrum som helst, " sa Winkowski. "Under en grundläggande medicinsk undersökning, patienten kan blåsa in i enheten, och inom en minut skulle läkaren veta om patienten kan behöva ytterligare konventionella undersökningar."

Ökar känsligheten

Spektroskopi kan användas för att identifiera den kemiska sammansättningen av ett ämne genom att mäta färgen på ljus som absorberas eller emitteras från ett prov. En spektroskopisk metod som kallas multipass är användbar för att detektera låga koncentrationer av gasmolekyler eftersom det ökar graden i vilken ljuset interagerar med provet. Denna inställning använder en experimentell cell med en spegel i varje ände. En laser som introduceras genom ett litet hål i ena spegeln studsar sedan fram och tillbaka i cellen, skapa interaktionslängder tiotals eller hundratals gånger cellens längd.

När man försöker upptäcka extremt låga koncentrationer, brus kan vara ett problem med multipassspektroskopi. Detta beror på att de multipla laserstrålarna skapar en typ av optisk interferens som kallas randinterferens som minskar känsligheten och gör det omöjligt att exakt bestämma biomarkörkoncentrationen. För att minska denna optiska störning, forskarna utvecklade en metod som kallas optisk franssläckning.

För den nya optiska franssläckningstekniken, forskarna ändrar sig något, eller modulera, emissionen av lasern över ett intervall av våglängder och sedan medelvärdet av ljuset som emitteras från provet över dessa våglängder. Detta hjälper till att eliminera den optiska störningen tillräckligt för att tillåta detektering av formaldehyd. Forskarna valde också ett spektralområde och provtryck som hjälpte till att minska störningar från andra beståndsdelar som finns i utandningsprover.

Optisk avkänning av formaldehyd

Forskarna testade sin nya metod med hjälp av kalibrerade konstgjorda blandningar av formaldehyd i luft. Deras resultat visade att tillvägagångssättet var mer än tillräckligt för att detektera formaldehyd i andedräkt vid nivåer som kan indikera förekomst av sjukdom.

"Vår optiska franssläckningsteknik kan användas för att förbättra alla optiska system som använder en multipasscell, ", sa Winkowski. "Det kan också vara användbart för att mäta formaldehydgas som släpps ut från hushållsmaterial eller industriella källor för att bättre förstå dess effekter på människors hälsa."

Nästa, forskarna planerar att testa deras analysmetods förmåga att mäta etangas i andetag. Studieresultat har föreslagit att etan också kan användas som en biomarkör för cancer och andra sjukdomar.