JILA-wetenschappers hebben de gevoeligheid van hun tien jaar oude blaastest met frequentiekam duizendvoudig verhoogd en kunnen aanvullende biomarkers van ziekte detecteren - vier nu, met potentieel voor nog zes. Wanneer gevalideerd en ontwikkeld in een draagbaar ontwerp, het kamsysteem zou real-time kunnen bieden, niet-invasieve analyse van menselijke adem om ziekten op te sporen en te controleren. JILA wordt gezamenlijk beheerd door het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Colorado Boulder.

Het JILA-systeem "vingerafdrukken" chemicaliën door de kleuren en hoeveelheden geabsorbeerd licht te meten terwijl een laserfrequentiekam heen en weer gaat door ademmonsters die in een gespiegelde glazen buis worden geladen. Recente upgrades omvatten een verschuiving in het geanalyseerde lichtspectrum van de nabij-infrarood- naar de midden-infraroodband, waar meer moleculen licht absorberen, en vooruitgang in optische coatings en verschillende andere technologieën om detectiegevoeligheid te bereiken tot op het niveau van delen per biljoen.

Zoals beschreven in Proceedings van de National Academy of Sciences, NIST/JILA Fellows Jun Ye en David Nesbitt hebben vier biomarkers gedetecteerd en gecontroleerd:methanol (CH ₃ OH), methaan (CH ₄ ), water (H ₂ O) en een vorm van zwaar water (HDO) - in de adem van een vrijwilliger. Dit zijn indicatoren van gezondheidsproblemen zoals, in het geval van methaan, darmproblemen.

De onderzoekers zeggen dat het mogelijk is om hetzelfde apparaat te gebruiken om nog zes chemicaliën te detecteren:formaldehyde, ethaan, carbonylsulfide, ethyleen, koolstofdisulfide en ammoniak. In aanvulling, het verder uitbreiden van de kamlasers in het infrarood zou het detectievermogen aanzienlijk moeten vergroten en de identificatie van vele honderden sporenademhalingschemicaliën mogelijk maken.

JILA-onderzoekers demonstreerden in 2008 een prototype kam-ademtester, maar ontwikkelden deze toen niet verder. Ze hebben zich er nu weer op gefocust, ingegeven door de mogelijkheid om uiteindelijk te testen op COVID-19.

"We zijn echt heel optimistisch en toegewijd om deze technologie naar echte medische toepassingen te pushen, " zei je.

De meest gebruikte analytische techniek in ademonderzoek is gaschromatografie in combinatie met massaspectrometrie, die honderden uitgeademde moleculen kan detecteren maar langzaam werkt, tientallen minuten nodig. De meeste optische ademtests die zijn goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration, detecteren slechts één chemische stof. JILA is de enige instelling die onderzoek heeft gepubliceerd over kam-ademtesters, zei je.

Ademanalyse is de toonaangevende medische toepassing voor frequentiekammen. Kammen bieden een combinatie van brede spectrale dekking, hoge resolutie en hoge gevoeligheid, mogelijk tientallen chemicaliën tegelijk detecteren. Onder andere voordelen, het kamsysteem zou geen chemische reagentia en complexe laboratoriumfaciliteiten vereisen.

Ye en Nesbitt werken nu samen met andere NIST-onderzoekers om een ​​compacte versie van de breathalyzer te ontwikkelen. De buis is slechts 55 centimeter (21,7 inch) lang, maar de laserkam is op maat gemaakt en enigszins volumineus.