Alcootest en peigne — Mille fois plus sensible aux biomarqueurs de la maladie

Les scientifiques du JILA ont multiplié par mille la sensibilité de leur alcootest à peigne de fréquence vieux de dix ans, lui permettant de détecter des biomarqueurs supplémentaires de la maladie – quatre maintenant – avec le potentiel de six autres. Une fois validé et conçu dans une conception portable, le système de peigne pourrait offrir une analyse non invasive en temps réel de la respiration humaine pour détecter et surveiller les maladies. JILA est géré conjointement par le National Institute of Standards and Technology (NIST) et l'Université du Colorado à Boulder.

Le système JILA "empreintes digitales" des produits chimiques en mesurant les couleurs et les quantités de lumière absorbées lorsqu'un peigne à fréquence laser passe dans les deux sens à travers des échantillons d'haleine chargés dans un tube en verre miroir. Les mises à niveau récentes incluent un déplacement du spectre lumineux analysé de la bande proche infrarouge à la bande infrarouge moyen, où davantage de molécules absorbent la lumière, et des progrès dans les revêtements optiques et plusieurs autres technologies pour atteindre une sensibilité de détection jusqu'au niveau des parties par billion .

Comme décrit dans Proceedings of the National Academy of Sciences, Jun Ye et David Nesbitt, boursiers NIST/JILA, ont détecté et surveillé quatre biomarqueurs :le méthanol (CH₃ OH), méthane (CH₄ ), eau (H₂ O) et une forme d'eau lourde (HDO) — dans le souffle d'un volontaire. Ce sont des indicateurs de conditions de santé comme, dans le cas du méthane, des problèmes intestinaux.

Les chercheurs disent qu'il est possible d'utiliser le même appareil pour détecter six autres produits chimiques :le formaldéhyde, l'éthane, le sulfure de carbonyle, l'éthylène, le disulfure de carbone et l'ammoniac. De plus, l'extension des lasers en peigne plus loin dans l'infrarouge devrait considérablement étendre la capacité de détection et permettre l'identification de plusieurs centaines de traces chimiques de l'haleine.

Les chercheurs du JILA ont fait la démonstration d'un prototype d'alcootest en peigne en 2008, mais ne l'ont pas développé davantage à ce moment-là. Ils se sont maintenant recentrés dessus, poussés par la possibilité de tester éventuellement le COVID-19. "Nous sommes vraiment très optimistes et déterminés à pousser cette technologie vers de véritables applications médicales", a déclaré Ye.

La technique analytique la plus largement utilisée dans la recherche sur l'haleine est la chromatographie en phase gazeuse combinée à la spectrométrie de masse, qui peut détecter des centaines de molécules expirées mais fonctionne lentement, nécessitant des dizaines de minutes. La plupart des tests respiratoires optiques approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis ne détectent qu'un seul produit chimique.

L'analyse respiratoire est la principale application médicale des peignes de fréquence. Les peignes offrent une combinaison de large couverture spectrale, de haute résolution et de haute sensibilité, détectant potentiellement des dizaines de produits chimiques simultanément. Entre autres avantages, le système de peigne ne nécessiterait pas de réactifs chimiques ni d'installations de laboratoire complexes.

Ye et Nesbitt travaillent maintenant avec d'autres chercheurs du NIST pour concevoir une version compacte de l'alcootest. Le tube ne mesure que 55 centimètres (21,7 pouces) de long, mais le peigne laser est fait sur mesure et quelque peu encombrant.