Novo bafômetro testa rapidamente para COVID-19 – Physics World

Uma nova ferramenta de diagnóstico médico baseada no uso da tecnologia de pente de frequência óptica pode testar rapidamente a COVID-19 no ar exalado. A técnica, desenvolvida por pesquisadores da JILA, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) E do Universidade de Colorado Boulder, também poderia ser usado para diagnosticar outras condições ou doenças, particularmente aquelas de origem respiratória, gastrointestinal ou metabólica.

Ser capaz de testar rapidamente a infecção por vírus como o SARS-CoV-2, o vírus responsável pela COVID-19, é crucial para combater futuras pandemias. Testar a respiração humana exalada pode ser útil aqui, já que cada respiração contém mais de 1000 moléculas distintas, algumas das quais podem indicar condições médicas ou infecções subjacentes. Estas moléculas podem ser detectadas e identificadas medindo a sua absorção selectiva da luz laser em diferentes frequências ópticas.

Em 2008, pesquisadores liderados por Jun Ye da JILA demonstrou que a espectroscopia de pente de frequência – uma técnica originalmente desenvolvida para relógios atômicos ópticos e metrologia de precisão – poderia potencialmente identificar biomarcadores de doenças na respiração humana exalada. A técnica, que utiliza essencialmente luz laser para distinguir entre diferentes moléculas, no entanto, carecia de sensibilidade e não conseguia ligar moléculas específicas a estados de doença. Eles não o testaram, portanto, para diagnosticar doenças.

Sensibilidade de nível de partes por trilhão

Em 2021, Ye e colegas melhorou a sensibilidade de sua técnica em 1000 vezes, o que significa que agora poderia detectar certas biomoléculas no nível de partes por trilhão. Em seu novo estudo, detalhado no Jornal de Pesquisa da Respiração, eles aplicaram aprendizado de máquina supervisionado para processar os padrões de absorção de luz e fazer uma conexão direta com possíveis estados de doença, sem passar primeiro pela etapa intermediária de identificação de moléculas.

Para testar o seu método, os investigadores recolheram amostras de ar expirado de 170 indivíduos, metade dos quais tinham SARS-CoV-2 quando testados através de PCR convencional (reação em cadeia da polimerase). Eles então canalizaram as amostras através de um tubo para seu novo bafômetro, que consiste em pentes de frequência óptica que geram luz laser infravermelha média em dezenas de milhares e às vezes centenas de milhares de frequências ópticas distintas. Usando um par de espelhos de alta refletividade, a luz do pente de frequência faz múltiplas passagens pelas amostras de gás respiratório cerca de 4000 vezes, de modo que as forças de absorção molecular são significativamente melhoradas.

A equipe então usou algoritmos de aprendizado de máquina para analisar os sinais de absorção ultrassensíveis medidos em cerca de 15000 frequências para detectar se os indivíduos estavam infectados ou não. O estudo foi verificado pedindo à máquina que previsse o estado de COVID de cada indivíduo e depois comparando-o com os resultados do teste PCR.

Uma alternativa aos testes PCR

Os resultados da nova técnica de espectroscopia a laser corresponderam a 85% dos resultados da PCR, o que é “excelente” de acordo com os padrões de diagnóstico médico.

“A técnica pode ser uma alternativa aos testes PCR para COVID-19”, diz autor principal do estudo Qizhong Liang. “O teste de bafômetro baseado em laser é muito mais rápido na obtenção do resultado e em sistemas futuros estamos implementando uma capacidade de detecção em tempo real, pedindo às pessoas que respirem diretamente em nosso aparelho.”

Físicos simulam como o SARS-CoV-2 se forma

A detecção também é, obviamente, não invasiva – em contraste com os esfregaços nasais dos quais todos temos más lembranças da pandemia. “Isso pode, portanto, encorajar mais pessoas a fazerem o teste”, diz ele. “Outra observação interessante é que a amostra de ar expirado permanece intacta após o teste, permitindo estudos dependentes do tempo nessas amostras se houver interesse futuro.”

A equipa do JILA irá agora analisar a aplicabilidade da técnica para diagnosticar outras condições ou doenças, nomeadamente de origem respiratória, gastrointestinal ou metabólica. Na verdade, estão a estabelecer uma colaboração com pediatras para analisar a respiração de crianças asmáticas. Eles também planejam reduzir as dimensões do instrumento, que atualmente tem metros de tamanho.

“Estendemos a cobertura espectral do método para permitir a detecção de muito mais moléculas”, disse Ye Mundo da física. “Desta forma, podemos detectar ainda mais informações químicas da respiração e melhorar ainda mais a precisão do diagnóstico.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/novel-breathalyser-rapidly-tests-for-covid-19/