I ricercatori hanno superato un ostacolo fondamentale nello sviluppo della tecnologia di analisi del respiro per diagnosticare rapidamente i pazienti rilevando composti chimici chiamati "biomarcatori" nella respirazione di una persona in tempo reale.

I ricercatori hanno dimostrato che il loro approccio è in grado di rilevare rapidamente biomarcatori nella gamma da parti per miliardo a parti per milione, almeno 100 volte meglio delle precedenti tecnologie di analisi del respiro, ha detto Carlos Martinez, un assistente professore di ingegneria dei materiali alla Purdue che sta lavorando con i ricercatori del National Institute of Standards and Technology.

"Le persone lavorano in quest'area da circa 30 anni ma non sono state in grado di rilevare concentrazioni sufficientemente basse in tempo reale, " ha detto. "Abbiamo risolto questo problema con i materiali che abbiamo sviluppato, e ora ci stiamo concentrando su come essere molto specifici, come distinguere particolari biomarcatori."

La tecnologia funziona rilevando i cambiamenti nella resistenza elettrica o nella conduttanza mentre i gas passano su sensori costruiti sopra "micropiastre, " minuscoli dispositivi di riscaldamento su chip elettronici. Il rilevamento di biomarcatori fornisce una registrazione del profilo di salute di un paziente, indicando la possibile presenza di cancro e altre malattie.

"Stiamo parlando di creare un economico, modo rapido di raccogliere informazioni diagnostiche su un paziente, " Martinez ha detto. "Si potrebbe dire, 'c'è una certa percentuale che stai metabolizzando un composto specifico indicativo di questo tipo di cancro, ' e poi addizionale, test più complessi potrebbero essere condotti per confermare la diagnosi".

I ricercatori hanno utilizzato la tecnologia per rilevare l'acetone, un biomarcatore per il diabete, con una sensibilità nell'ordine delle parti per miliardo in un gas che imita il respiro di una persona.

I risultati sono stati dettagliati in un documento di ricerca apparso all'inizio di quest'anno nel IEEE Sensors Journal , pubblicato dall'IEEE Sensors Council dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers. Il documento è stato co-autore di Martinez e dei ricercatori del NIST Steve Semancik, autore principale Kurt D. Benkstein, Baranidharan Raman e Christopher B. Montgomery.

I ricercatori hanno utilizzato un modello fatto di particelle polimeriche di dimensioni micron e le hanno rivestite con nanoparticelle di ossido di metallo molto più piccole. L'utilizzo di microparticelle rivestite di nanoparticelle invece di una superficie piana consente ai ricercatori di aumentare la porosità delle pellicole del sensore, aumentando la "superficie attiva di rilevamento" per migliorare la sensibilità.

Una goccia delle microparticelle polimeriche rivestite di nanoparticelle è stata depositata su ciascuna micropiastra, che sono quadrati di circa 100 micron e contengono elettrodi a forma di dita intrecciate. La goccia si asciuga e poi gli elettrodi vengono riscaldati, bruciando il polimero e lasciando un film poroso di ossido di metallo, creazione di un sensore.

"È molto poroso e molto sensibile, " Martinez ha detto. "Abbiamo dimostrato che questo può funzionare in tempo reale, usando un respiro simulato nel dispositivo."

I gas che passano sopra il dispositivo permeano il film e cambiano le sue proprietà elettriche a seconda dei particolari biomarcatori contenuti nel gas.

Tali etilometro sono probabilmente un decennio o più lontano dalla realizzazione, in parte perché non sono ancora stati sviluppati standard precisi per fabbricare dispositivi basati sull'approccio, ha detto Martinez.

"Però, il fatto che siamo stati in grado di farlo in tempo reale è un grande passo nella giusta direzione, " Egli ha detto.