Los investigadores han superado un obstáculo fundamental en el desarrollo de tecnología de análisis de la respiración para diagnosticar rápidamente a los pacientes mediante la detección de compuestos químicos llamados "biomarcadores" en la respiración de una persona en tiempo real.

Los investigadores demostraron que su enfoque es capaz de detectar rápidamente biomarcadores en el rango de partes por mil millones a partes por millón. al menos 100 veces mejor que las tecnologías de análisis de la respiración anteriores, dijo Carlos Martinez, profesor asistente de ingeniería de materiales en Purdue que trabaja con investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.

"La gente ha estado trabajando en esta área durante unos 30 años, pero no ha podido detectar concentraciones suficientemente bajas en tiempo real, ", dijo." Resolvimos ese problema con los materiales que desarrollamos, y ahora nos centramos en cómo ser muy específicos, cómo distinguir biomarcadores particulares ".

La tecnología funciona detectando cambios en la resistencia eléctrica o la conductancia a medida que los gases pasan por sensores construidos sobre "microplacas, "pequeños dispositivos de calentamiento en chips electrónicos. La detección de biomarcadores proporciona un registro del perfil de salud de un paciente, indicando la posible presencia de cáncer y otras enfermedades.

"Estamos hablando de crear un forma rápida de recopilar información de diagnóstico sobre un paciente, Martínez dijo. Podría decir:'hay un cierto porcentaje de que estás metabolizando un compuesto específico indicativo de este tipo de cáncer, 'y luego adicional, se podrían realizar pruebas más complejas para confirmar el diagnóstico ".

Los investigadores utilizaron la tecnología para detectar acetona, un biomarcador para la diabetes, con una sensibilidad en el rango de partes por mil millones en un gas que imita la respiración de una persona.

Los hallazgos se detallaron en un artículo de investigación que apareció a principios de este año en el Diario de sensores IEEE , publicado por el Consejo de Sensores IEEE del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. El artículo fue escrito en coautoría por Martínez y los investigadores del NIST Steve Semancik, autor principal Kurt D. Benkstein, Baranidharan Raman y Christopher B. Montgomery.

Los investigadores utilizaron una plantilla hecha de partículas de polímero de tamaño micrométrico y las recubrieron con nanopartículas de óxido metálico mucho más pequeñas. El uso de micropartículas recubiertas de nanopartículas en lugar de una superficie plana permite a los investigadores aumentar la porosidad de las películas del sensor. aumentando el "área de superficie de detección activa" para mejorar la sensibilidad.

Se depositó una gota de las micropartículas de polímero recubiertas de nanopartículas en cada microplaca, que son de aproximadamente 100 micrones cuadrados y contienen electrodos con forma de dedos engranados. La gota se seca y luego los electrodos se calientan, quemando el polímero y dejando una película porosa de óxido de metal, creando un sensor.

"Es muy poroso y muy sensible, "Dijo Martínez." Demostramos que esto puede funcionar en tiempo real, utilizando una respiración simulada en el dispositivo ".

Los gases que pasan sobre el dispositivo impregnan la película y cambian sus propiedades eléctricas dependiendo de los biomarcadores particulares contenidos en el gas.

Es probable que estos alcoholímetros estén a una década o más de realizarse, en parte porque aún no se han desarrollado estándares precisos para fabricar dispositivos basados ​​en el enfoque, Martínez dijo.

"Sin embargo, el hecho de que pudiéramos hacer esto en tiempo real es un gran paso en la dirección correcta, " él dijo.