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Un equipo de médicos en el CU Bolder y el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) ha logrado un acto similar de detección, solo para una amplia gama de materiales.
El grupo ha desarrollado un nuevo dispositivo basado en láser que puede tomar una muestra de gas e identificar una gran variedad de moléculas dentro de él. Es tan sensible que el número de minutos para detectar estas moléculas a las partes en cada billón de todos los sentidos. Su diseño también es tan fácil que los investigadores pueden usar este procedimiento a un costo rápido y bajo, desde el diagnóstico de enfermedades en pacientes humanos, desde fábricas hasta el seguimiento de las emisiones de gases de efecto invernadero.
El estudio fue dirigido por científicos del Instituto Conjunto de Investigación Jela entre el CU Bolder y el NIST. El equipo publicará sus resultados en el diario el 19 de febrero Naturaleza
“Incluso hoy, soy increíble que la herramienta de detección más capaz se pueda construir con tanta simplicidad, utilizando solo componentes técnicos sólidos, pero se ha vinculado con un algoritmo de cálculo inteligente”, el autor principal de la investigación y el autor del doctorado, Kazong Liang, dijo. Estudiante en Jella.
Para explicar cuál es la capacidad de este dispositivo, Liang y sus colegas buscaron una pregunta importante en el medicamento: ¿en qué aire respira?
El equipo analizó patrones respiratorios de sujetos humanos reales y demostró que, por ejemplo, puede identificar los tipos de bacterias que viven en la boca de las personas. Esta técnica puede ayudar a los médicos al día a diagnosticar cáncer de pulmón, diabetes, obstrucción crónica de enfermedad pulmonar (EPOC) y más.
El autor principal del estudio, el físico Juney, dijo que el nuevo trabajo está en Qi Bolder y NIST sobre la investigación de casi tres décadas de investigación, especialmente alrededor de un tipo de herramienta especial que la frecuencia se conoce como láser.
“El peine de frecuencia en realidad se inventó para relojes atómicos ópticos, pero muy inicialmente, identificamos su poderosa solicitud para la detección molecular”, dijo Jela y socio NIST y C, dijo un profesor de física en un volumen U. “Aún así, nos llevó 20 años fortalecer esta técnica, lo que eventualmente permitió que la detección molecular se aplique a nivel mundial”.
La cavidad de la palma
Para comprender cómo funciona la tecnología del equipo, ayuda a comprender que tiene todo tipo de huellas digitales, desde dióxido de carbono puro hasta su aliento maloliente después de comer ajo.
Si investiga los gases que contienen más de una “frecuencia óptica”, o color con el láser, las moléculas en las muestras de gas absorberán esta luz a diferentes frecuencias. Es casi como un ladrón, dejando una marca de pulgar en una escena del crimen. En un estudio anterior, por ejemplo, Liang y sus colegas utilizaron el principio de detectar esta absorción láser para la detección del tracto respiratorio humano para los síntomas de la infección SARS -KOV -2.
Los reyes de frecuencia son bien adecuados para esta técnica, a diferencia de los láseres tradicionales, eliminan los pulsos de luz en miles de colores al mismo tiempo. (John Hall comenzó estos láseres al ganar el Premio Nobel de Física por su trabajo en 2005).
Pero para detectar moléculas en baja concentración, estos láseres también deben pasar una muestra de gas a una distancia o más para que las moléculas puedan absorber suficiente luz.
En la práctica, los científicos tienen que entender que la distancia dentro de los contenedores de gases que se mide en un pie.
“Conectamos la muestra de gas con un par de espejo de alto reflejo, lo que hace una ‘cavidad óptica'”, dijo Liang. “La luz del peine ahora puede rebotar varios miles de veces entre estos espejos para mejorar de manera efectiva la longitud de la ruta de absorción con las moléculas”.
O ese es el propósito. En la práctica, es difícil trabajar con la cavidad óptica y el extracto si no son adecuadamente similares a los ecos de la cavidad. Como resultado, los científicos solo pudieron usar primero un rango estrecho de luces de peine y detectar un rango estrecho de moléculas en una sola prueba.
En una nueva investigación, Liang y sus colegas superan este desafío de larga data. Presentó una nueva técnica llamada Color Modulada Down Peine, interferometría o MRCI (“Mercy”). En lugar de mantener su cavidad óptica estable, el equipo cambió periódicamente su tamaño. Como resultado, como resultado, se permitió a la cavidad aceptar el espectro de luz más amplio. Luego, el equipo entendió las muestras complejas de la gravedad del láser que surgieron de la cavidad con un algoritmo computacional para determinar el contenido químico de la muestra.
“Ahora podemos usar espejos con un reflejo aún mayor y enviar peine con una cobertura de riesgo aún más amplia”, dijo Liang. “Pero esto es solo el comienzo. Usando MRCI, también se puede establecer un mejor rendimiento de detección”.
Un sensor para respirar
El equipo ahora está girando su nuevo gas con aliento humano.
A saber, Apurwa Basht, co -autor del co -autor de investigación y un estudiante de doctorado, dijo: “Hay una de las muestras de gas más difíciles para respirar que se puede medir, pero el diagnóstico médico para presentar su composición molecular. Es. Muy importante para su poderoso potencial.
Basht, Liang y ahora usan MRCI para analizar una variedad de patrones respiratorios junto con investigadores en el CUP Inchlets Medical Campus y Children’s Hospital Colorado. Están examinando si el MRCI puede separar las muestras tomadas de la neumonía con niños infectados con asma. Este grupo también está analizando la respiración de pacientes con cáncer de pulmón antes y después de la cirugía de eliminación del tumor, y están buscando si esta tecnología se encuentra en las primeras etapas de la enfermedad pulmonar crónica de obstrucción (EPOC) puede diagnosticar a las personas.
Usted dijo: “Sería muy importante verificar su punto de vista de los sujetos humanos del mundo real”. “
