Utilizzando la fibra ottica a nucleo cavo come cella a gas sensibile, ricercatori in Giappone hanno ideato un sensore relativamente semplice e conveniente per monitorare i biomarcatori nel respiro umano a basse concentrazioni. Tracce di gas espirate attraverso il naso e la bocca offrono indizi su condizioni respiratorie come l'asma, così come altre opportunità di screening sanitario di facile somministrazione.

Gli scienziati della Tohoku University hanno spiegato come funziona il loro dispositivo sulla rivista Sensors, usando l'isoprene come esempio. L'isoprene è un noto indicatore della sintesi del colesterolo e potrebbe offrire preziose informazioni sul metabolismo di un paziente. Le misurazioni del respiro effettuate dai volontari durante il giorno hanno permesso ai ricercatori di monitorare i cambiamenti nei livelli di isoprene in seguito ad attività come l'esercizio fisico o il mangiare.

L'analisi del respiro ha attirato molta attenzione perché non è invasiva e ha il potenziale per informare gli utenti su una serie di argomenti relativi alla salute. Però, la rilevazione di biomarcatori presenti a basse concentrazioni spesso richiede sistemi di laboratorio ingombranti e costosi. Gli scienziati giapponesi ritengono che il loro sensore apra la strada a una soluzione più portatile e conveniente.

La chiave del successo dell'apparato del gruppo è un lungo 3 metri, fibra ottica a nucleo cavo, che è rivestito all'interno con una pellicola riflettente. I partecipanti respirano in un tubo di collegamento che guida i gas espirati nel nucleo della fibra, dove il contenuto è esposto alla luce ultravioletta azionata dal laser. Un rivelatore posto all'estremità del percorso ottico evidenzia eventuali porzioni del segnale luminoso che vengono assorbite al passaggio dell'emissione ultravioletta attraverso il campione di gas. E questa serie di cosiddetti "picchi di assorbimento" forma una firma chimica che rivela quali molecole sono presenti. La combinazione di un lungo percorso del raggio e di un'emissione ad alta intensità migliora la misurazione, quindi è possibile rilevare anche le sostanze chimiche presenti a livelli di parti per miliardo.