Onderzoekers hebben een uiterst gevoelige, maar toch een eenvoudige optische methode voor het detecteren van formaldehyde in de adem van een persoon. Omdat formaldehyde wordt bestudeerd als een potentiële biomarker voor long- en borstkanker, de nieuwe methode zou op een dag kunnen leiden tot een goedkope en snelle manier om op kanker te screenen.

"Het meten van biomarkers in uitgeademde adem is niet-invasief, pijnloos en snel en kan worden gebruikt om zelfs in zeer vroege ziektestadia op kanker te screenen, wat cruciaal is voor een succesvolle behandeling, "Zei onderzoeksteamleider Mateusz Winkowski van de Universiteit van Warschau in Polen. "De optische methode die we hebben ontwikkeld, zou dit soort metingen praktischer en goedkoper kunnen maken."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Biomedische Optica Express , Winkowski en Tadeusz Stacewicz laten zien dat hun nieuwe optische detectiemethode op basis van multipass-spectroscopie de aanwezigheid van 1 molecuul formaldehyde in een miljoen luchtdeeltjes kan detecteren. of 1 deel per miljoen, zelfs in aanwezigheid van gassen die optische metingen kunnen verstoren.

"Onze droom is om op een dag een tafelmodel te bouwen dat goedkoop is en kan worden gebruikt voor kankerscreening in elke medische spreekkamer, " zei Winkowski. "Tijdens een medisch basisonderzoek, de patiënt kan in het apparaat blazen, en binnen een minuut zou de dokter weten of de patiënt aanvullende conventionele onderzoeken nodig heeft."

Gevoeligheid verhogen

Spectroscopie kan worden gebruikt om de chemische samenstelling van een stof te identificeren door de kleur te meten van licht dat door een monster wordt geabsorbeerd of uitgestraald. Een spectroscopiebenadering die bekend staat als multipass is nuttig voor het detecteren van lage concentraties gasmoleculen omdat het de mate waarin het licht interageert met het monster vergroot. Deze opstelling maakt gebruik van een experimentele cel met aan elk uiteinde een spiegel. Een laser die door een klein gaatje in een spiegel wordt ingebracht, kaatst dan heen en weer in de cel, het creëren van interactielengtes van tientallen of honderden keren de lengte van de cel.

Wanneer u extreem lage concentraties probeert te detecteren, ruis kan een probleem zijn bij multipass-spectroscopie. Dit komt omdat de meerdere laserstralen een soort optische interferentie creëren die randinterferentie wordt genoemd en die de gevoeligheid vermindert en het onmogelijk maakt om de biomarkerconcentratie nauwkeurig te bepalen. Om deze optische interferentie te verminderen, de onderzoekers ontwikkelden een methode die optische franje uitdoving wordt genoemd.

Voor de nieuwe optische franje-quenchtechniek, de onderzoekers veranderen lichtjes, of moduleren, de emissie van de laser over een reeks golflengten en vervolgens het gemiddelde van het door het monster uitgezonden licht over deze golflengten. Dit helpt de optische interferentie voldoende te elimineren om detectie van formaldehyde mogelijk te maken. De onderzoekers selecteerden ook een spectraal bereik en monsterdruk die hielpen de interferentie van andere bestanddelen in ademmonsters te verminderen.

Optische detectie van formaldehyde

De onderzoekers testten hun nieuwe aanpak met gekalibreerde kunstmatige mengsels van formaldehyde in lucht. Hun resultaten toonden aan dat de aanpak meer dan voldoende was om formaldehyde in adem te detecteren op niveaus die zouden kunnen wijzen op de aanwezigheid van een ziekte.

"Onze optische franje-uitdovingstechniek kan worden gebruikt om elk optisch systeem dat een multipass-cel gebruikt, te verbeteren, " zei Winkowski. "Het zou ook nuttig kunnen zijn voor het meten van formaldehydegas dat wordt uitgestoten door huishoudelijke materialen of industriële bronnen om de effecten ervan op de menselijke gezondheid beter te begrijpen."

Volgende, de onderzoekers zijn van plan om het vermogen van hun analysebenadering om ethaangas in adem te meten te testen. Onderzoeksresultaten hebben gesuggereerd dat ethaan ook kan worden gebruikt als biomarker voor kanker en andere ziekten.