Detecţia bolilor din simpla respiraţie
Boli ca astmul sau problemele renale pot fi detectate din aerul expirat de o persoană, măsurând în acelaşi timp multiplele componente moleculare ce sunt indicative pentru boală, ne arată un studiu ştiinţific publicat recent in revista Optics Express, care foloseşte o tehnică inventată de un român.
Cand respiră, oamenii inhalează un amestec complex de molecule ce se găsesc în aer: oxigen, azot, dioxid de carbon, etc. Aerul expirat apoi conţine mai puţin oxigen, mai mult dioxid de carbon, dar şi o grămadă de alte molecule, ce vin în concetraţii mult mai mici (chiar de miliarde de ori mai mici) şi care sunt produse de corpul uman.
Deşi aceste molecule au concentraţii mici, ele sunt indicative pentru procesele care au loc în corpul uman, şi pot indica prezenţa unor boli, odată ce concentraţia lor se abate de la limitele normale. Dintre cele mai cunoscute molecule prezente în aerul expirat amintim oxidul nitric (NO) care indică astmul (boala ce afecteaza, mai nou, mulţi copii), sau amoniacul (NH3), ce indică probleme renale.
Detecţia moleculelor din aerul expirat poate fi folosită ca o metoda de diagnoză a acestor boli, şi ea nu este o noutate. Există atât companii cât şi Universităţi care lucrează activ în domeniu. Toate cercetările de până acum insă au fost concentrate pe detecţia unei singur tip de moleculă, ce era apoi asociată cu o anumită boală.
Cu toate acestea, situaţia reală este mult mai complexă, căci mai multe tipuri molecule ar trebui detectate în acelaşi timp pentru a da o diagnoză corectă. Astmul de exemplu ar putea fi diagnosticată mai precis dacă nu numai oxidul nitric ar fi detectat, dar şi monoxidul de carbon sau sulfidul de carbon (OCS). În plus, detecţia simultană a mai multor molecule în aerul expirat ar permite o scanare mai eficientă a pacientului pentru mai multe boli.
Iată că, recent, oamenii de ştiinţă americani au reuşit să valideze o nouă tehnică spectroscopică, ce are capacitatea de a masura simultan prezenţa mai multor tipuri de molecule în aerul expirat, şi care este suficient de selectivă şi sensibilă pentru a putea da o diagnoză corectă. Noile rezultatele au apărut în revista Optics Express din ediţia din 18 Februarie.
Noua tehnică foloseşte un laser ce produce pulsuri periodice de lumină coerente. Laserul cu pulsuri periodice foarte scurte a fost dezvoltat in anii ’90 de către John Hall şi Theodor W. Hänsch. Ei au primit premiul Nobel in 2005 pentru aceste realizări. Pulsurile laserului au durate de ordinul picosecundelor sau femtosecundelor. Un asemenea tren de pulsuri rezultă din suprapunerea multor moduri de oscilaţie ale căror frecvenţe sunt dispuse echidistant. Ca urmare, spectrul acestui laser are aspectul dinţilor unui pieptene („frequency comb” în engleză). În acest fel laserul produce lumină de mai multe culori în acelaşi timp, fiecare culoare putând fi utlizată la detecţia unui tip de moleculă.
Însă, în modul acesta simplu de utilizare, noul laser nu este cu nimic mai special decat o sursă necoerentă de lumină, ca de exemplu un bec, căci şi acesta din urmă generează mai multe culori ce pot fi utilizate la detecţia simultană a moleculelor.
Cu toate acestea, potenţialul noului laser a fost realizat acum câţiva ani de un doctorand român, Titus Gherman, student în laboratorul de spectroscopie al Universităţii din Grenoble, Franţa. Acesta a raţionat corect că poate folosi caracteristice coerente ale noului laser ce produce mai multe culori. Metoda folosita de el a fost utilizarea unei cavităţi externe, rezonante. Lumina laserului este apoi lăsată sa meargă de multe ori înainte şi înapoi în cavitatea externă, multirezonantă, în aşa fel încât să crească probabilitatea de a fi absorbită de una din rarele molecule de detectat din cavitatea rezonantă. Practic, deoarece raza de laser trece acum de mai multe ori prin aceeaşi cavitate rezonantă unde se află moleculele, creşte şi absorbţia luminii, ce altfel ar fi poate prea mică pentru a fi detectată. Cu alte cuvinte, Titus a arătat clar în lucrarea lui de doctorat cum noul laser, folosit în combinaţie cu cavitatea rezonantă, ajută la detecţia moleculelor ce sunt prezente in aer în concentraţii mici. Cercetătorii americani, de la Institul Naţional de Standarde şi de la Universitatea din Boulder (Colorado) nu au făcut decât să testeze tehnica inventată de Titus pentru moleculele prezente în aerul expirat de pacient, şi să confirme utilitatea acesteia. Ei au folosit pentru studiu un grup de studenţi, care au trebuit să expire aer în cavitatea rezonantă special construită. Un sigur puls al laserului ricoşa apoi de zeci de mii de ori înainte şi înapoi între pereţii cavităţii rezonate. Diversele culori generate de laser se întindeau pe o plajă de 200nm, iar absobţia fiecarei culori era un indiciu al unui tip moleculă prezente în aerul expirat. Desigur, acelaşi tip de moleculă îşi putea face simţită prezenţa în mai multe bezi de frecvenţe, ceea ce nu putea decăt să ajute, caci aceste lucru face detecţia mult mai specifică şi deci precisă.
Rezultatele studiului au confirmat aşteptările, deşi în unele cazuri (ca de exemplu insuficienţa renală), detecţia a fost la limita la parametrii care pot avea relevanţă clinică.
Articol apărut în revista Optics Express ediţia din 18 Februarie.
Sursa de informare http://www.stiinta.info/news/294/