Alcootest à peigne de fréquences JILA amélioré : détection de 4 biomarqueurs avec sensibilité 1000×

Les scientifiques de JILA ont augmenté la sensibilité de leur alcootest à peigne de fréquences vieux de dix ans d'un facteur mille, lui permettant de détecter des biomarqueurs additionnels de maladies — quatre maintenant — avec le potentiel pour six de plus. Une fois validé et conçu dans un format portable, le système à peigne pourrait offrir une analyse en temps réel, non invasive, de l'haleine humaine pour détecter et surveiller les maladies. JILA est exploité conjointement par le National Institute of Standards and Technology (NIST) et l'Université du Colorado à Boulder.

Le système JILA « empreinte » les produits chimiques en mesurant les couleurs et les quantités de lumière absorbée alors qu'un peigne de fréquences laser passe d'avant en arrière à travers des échantillons d'haleine chargés dans un tube de verre miroir. Les améliorations récentes incluent un décalage du spectre lumineux analysé du proche infrarouge vers le moyen infrarouge, où plus de molécules absorbent la lumière, et des avancées dans les revêtements optiques et plusieurs autres technologies pour atteindre une sensibilité de détection jusqu'au niveau des parties par trillion.

Comme décrit dans Proceedings of the National Academy of Sciences, les fellows NIST/JILA Jun Ye et David Nesbitt ont détecté et surveillé quatre biomarqueurs — méthanol (CH₃OH), méthane (CH₄), eau (H₂O) et une forme d'eau lourde (HDO) — dans l'haleine d'un volontaire. Ce sont des indicateurs de conditions de santé telles que, dans le cas du méthane, des problèmes intestinaux.

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

Les chercheurs de JILA ont démontré un prototype d'alcootest à peigne en 2008 mais ne l'ont pas développé davantage à ce moment-là. Ils s'y sont maintenant recentrés, incités par la possibilité de tester éventuellement le COVID-19. « Nous sommes vraiment assez optimistes et engagés à pousser cette technologie vers de vraies applications médicales », a déclaré Ye.

La technique analytique la plus 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 exhalées mais fonctionne lentement, nécessitant des dizaines de minutes. La plupart des tests optiques d'haleine approuvés par la FDA américaine ne détectent qu'un seul produit chimique.

L'analyse de l'haleine est l'application médicale principale pour les peignes de fréquences. Les peignes offrent une combinaison de large couverture spectrale, haute résolution et haute sensibilité, détectant potentiellement des dizaines de produits chimiques simultanément. Parmi d'autres avantages, le système à peigne ne nécessiterait pas de réactifs chimiques et 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 fait que 55 centimètres (21,7 pouces) de long, mais le peigne laser est fait sur mesure et quelque peu volumineux.