Les chercheurs ont surmonté un obstacle fondamental dans le développement d'une technologie d'analyse de l'haleine pour diagnostiquer rapidement les patients en détectant des composés chimiques appelés « biomarqueurs » dans la respiration d'une personne en temps réel.

Les chercheurs ont démontré que leur approche est capable de détecter rapidement des biomarqueurs dans la plage des parties par milliard à parties par million, au moins 100 fois mieux que les technologies d'analyse d'haleine précédentes, dit Carlos Martinez, professeur adjoint d'ingénierie des matériaux à Purdue qui travaille avec des chercheurs du National Institute of Standards and Technology.

"Les gens travaillent dans ce domaine depuis environ 30 ans mais n'ont pas été en mesure de détecter des concentrations suffisamment faibles en temps réel, " a-t-il dit. " Nous avons résolu ce problème avec les matériaux que nous avons développés, et nous nous concentrons maintenant sur la façon d'être très précis, comment distinguer des biomarqueurs particuliers. »

La technologie fonctionne en détectant les changements de résistance électrique ou de conductance lorsque les gaz passent sur des capteurs construits au-dessus de "microplaques chauffantes, " de minuscules appareils chauffants sur puces électroniques. La détection de biomarqueurs permet d'enregistrer le profil de santé d'un patient, indiquant la présence possible de cancer et d'autres maladies.

« Nous parlons de créer un système peu coûteux, moyen rapide de collecter des informations diagnostiques sur un patient, " Martinez a dit. " Il pourrait dire, 'il y a un certain pourcentage que vous métabolisez un composé spécifique indicatif de ce type de cancer, ' puis en plus, des tests plus complexes pourraient être effectués pour confirmer le diagnostic. »

Les chercheurs ont utilisé la technologie pour détecter l'acétone, un biomarqueur du diabète, avec une sensibilité de l'ordre des parties par milliard dans un gaz imitant l'haleine d'une personne.

Les résultats ont été détaillés dans un document de recherche paru plus tôt cette année dans le Journal des capteurs IEEE , publié par le Conseil des capteurs IEEE de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers. L'article a été co-écrit par Martinez et les chercheurs du NIST Steve Semancik, l'auteur principal Kurt D. Benkstein, Baranidharan Raman et Christopher B. Montgomery.

Les chercheurs ont utilisé un modèle composé de particules de polymère de la taille d'un micron et les ont recouverts de nanoparticules d'oxyde métallique beaucoup plus petites. L'utilisation de microparticules recouvertes de nanoparticules au lieu d'une surface plane permet aux chercheurs d'augmenter la porosité des films capteurs, augmenter la "surface de détection active" pour améliorer la sensibilité.

Une goutte des microparticules de polymère enrobées de nanoparticules a été déposée sur chaque microplaque, qui sont d'environ 100 microns carrés et contiennent des électrodes en forme de doigts maillés. La goutte sèche puis les électrodes sont chauffées, brûler le polymère et laisser un film d'oxyde métallique poreux, créer un capteur.

"C'est très poreux et très sensible, " Martinez a déclaré. "Nous avons montré que cela peut fonctionner en temps réel, en utilisant une respiration simulée dans l'appareil."

Les gaz passant sur le dispositif imprègnent le film et modifient ses propriétés électriques en fonction des biomarqueurs particuliers contenus dans le gaz.

De tels éthylotests sont probablement dans une décennie ou plus avant d'être réalisés, en partie parce que des normes précises n'ont pas encore été développées pour fabriquer des dispositifs basés sur l'approche, dit Martinez.

"Toutefois, le fait que nous ayons pu le faire en temps réel est un grand pas dans la bonne direction, " il a dit.