I ricercatori hanno sviluppato un approccio estremamente sensibile, ma semplice metodo ottico per rilevare la formaldeide nel respiro di una persona. Poiché la formaldeide viene studiata come potenziale biomarcatore per il cancro al polmone e al seno, il nuovo metodo potrebbe un giorno portare a un modo economico e veloce per lo screening del cancro.

"La misurazione dei biomarcatori nel respiro espirato non è invasiva, indolore e veloce e potrebbe essere utilizzato per lo screening del cancro anche nelle fasi iniziali della malattia, che è fondamentale per il successo del trattamento, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Mateusz Winkowski dell'Università di Varsavia in Polonia. "Il metodo ottico che abbiamo sviluppato potrebbe rendere questo tipo di misurazione più pratico ed economico".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica biomedica Express , Winkowski e Tadeusz Stacewicz mostrano che il loro nuovo metodo di rilevamento ottico basato sulla spettroscopia multipass può rilevare la presenza di 1 molecola di formaldeide in un milione di particelle d'aria, o 1 parte per milione, anche in presenza di gas che possono interferire con le misure ottiche.

"Il nostro sogno è quello di costruire un giorno un dispositivo da tavolo che sarebbe poco costoso e potrebbe essere utilizzato per lo screening del cancro in qualsiasi ambulatorio medico, " disse Winkowski. "Durante una visita medica di base, il paziente potrebbe soffiare nel dispositivo, e nel giro di un minuto il dottore saprebbe se il paziente potrebbe aver bisogno di ulteriori esami convenzionali".

Aumentare la sensibilità

La spettroscopia può essere utilizzata per identificare la composizione chimica di una sostanza misurando il colore della luce assorbita o emessa da un campione. Un approccio spettroscopico noto come multipass è utile per rilevare basse concentrazioni di molecole di gas perché aumenta la misura in cui la luce interagisce con il campione. Questa configurazione utilizza una cella sperimentale con uno specchio su ciascuna estremità. Un laser introdotto attraverso un piccolo foro in uno specchio poi rimbalza avanti e indietro nella cella, creando lunghezze di interazione decine o centinaia di volte la lunghezza della cella.

Quando si cerca di rilevare concentrazioni estremamente basse, il rumore può essere un problema con la spettroscopia multipass. Questo perché i molteplici raggi laser creano un tipo di interferenza ottica chiamata interferenza di frange che diminuisce la sensibilità e rende impossibile determinare con precisione la concentrazione del biomarcatore. Per ridurre questa interferenza ottica, i ricercatori hanno sviluppato un metodo chiamato estinzione ottica della frangia.

Per la nuova tecnica di spegnimento ottico delle frange, i ricercatori cambiano leggermente, o modulare, l'emissione del laser su un intervallo di lunghezze d'onda e quindi la media della luce emessa dal campione su queste lunghezze d'onda. Ciò aiuta ad eliminare l'interferenza ottica quanto basta per consentire il rilevamento della formaldeide. I ricercatori hanno anche selezionato un intervallo spettrale e una pressione del campione che hanno contribuito a ridurre l'interferenza di altri costituenti trovati nei campioni di respiro.

Rilevamento ottico della formaldeide

I ricercatori hanno testato il loro nuovo approccio utilizzando miscele artificiali calibrate di formaldeide nell'aria. I loro risultati hanno mostrato che l'approccio era più che sufficiente per rilevare la formaldeide nel respiro a livelli che potrebbero indicare la presenza di malattia.

"La nostra tecnica di spegnimento della frangia ottica può essere utilizzata per migliorare qualsiasi sistema ottico che utilizza una cella multipass, " ha detto Winkowski. "Potrebbe anche essere utile per misurare il gas di formaldeide emesso da materiali domestici o fonti industriali per comprendere meglio i suoi effetti sulla salute umana".

Prossimo, i ricercatori intendono testare la capacità del loro approccio di analisi di misurare il gas etano nel respiro. I risultati dello studio hanno suggerito che l'etano potrebbe essere utilizzato anche come biomarcatore per il cancro e altre malattie.