Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

Detecția bolilor din simpla respirație

Boli ca astmul sau problemele renale pot fi detectate din aerul expirat de o persoană, măsurând în același timp multiplele componente moleculare ce sunt indicative pentru boală, ne arată un studiu științific publicat recent in revista Optics Express, care folosește 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 conține mai puțin oxigen, mai mult dioxid de carbon, dar și o grămadă de alte molecule, ce vin în concetrații mult mai mici (chiar de miliarde de ori mai mici) și care sunt produse de corpul uman.

Deși aceste molecule au concentrații mici, ele sunt indicative pentru procesele care au loc în corpul uman, și pot indica prezența unor boli, odată ce concentrația 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, mulți copii), sau amoniacul (NH3), ce indică probleme renale.

Detecția moleculelor din aerul expirat poate fi folosită ca o metoda de diagnoză a acestor boli, și ea nu este o noutate. Există atât companii cât și Universități care lucrează activ în domeniu. Toate cercetările de până acum insă au fost concentrate pe detecția unei singur tip de moleculă, ce era apoi asociată cu o anumită boală.

Cu toate acestea, situația reală este mult mai complexă, căci mai multe tipuri molecule ar trebui detectate în același 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 și monoxidul de carbon sau sulfidul de carbon (OCS). În plus, detecția 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 știință americani au reușit să valideze o nouă tehnică spectroscopică, ce are capacitatea de a masura simultan prezența mai multor tipuri de molecule în aerul expirat, și care este suficient de selectivă și sensibilă pentru a putea da o diagnoză corectă. Noile rezultatele au apărut în revista Optics Express din ediția din 18 Februarie.

Noua tehnică folosește 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 și 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 oscilație ale căror frecvențe sunt dispuse echidistant. Ca urmare, spectrul acestui laser are aspectul dinților unui pieptene („frequency comb” în engleză). În acest fel laserul produce lumină de mai multe culori în același timp, fiecare culoare putând fi utlizată la detecția 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 și acesta din urmă generează mai multe culori ce pot fi utilizate la detecția simultană a moleculelor.

Cu toate acestea, potențialul noului laser a fost realizat acum câțiva ani de un doctorand român, Titus Gherman, student în laboratorul de spectroscopie al Universității din Grenoble, Franța. Acesta a raționat corect că poate folosi caracteristice coerente ale noului laser ce produce mai multe culori. Metoda folosita de el a fost utilizarea unei cavități externe, rezonante. Lumina laserului este apoi lăsată sa meargă de multe ori înainte și înapoi în cavitatea externă, multirezonantă, în așa 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 aceeași cavitate rezonantă unde se află moleculele, crește și absorbția 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 combinație cu cavitatea rezonantă, ajută la detecția moleculelor ce sunt prezente in aer în concentrații mici.

Cercetătorii americani, de la Institul Național de Standarde și de la Universitatea din Boulder (Colorado) nu au făcut decât să testeze tehnica inventată de Titus pentru moleculele prezente în aerul expirat de pacient, și să confirme utilitatea acesteia. Ei au folosit pentru studiu un grup de studenți, care au trebuit să expire aer în cavitatea rezonantă special construită. Un sigur puls al laserului ricoșa apoi de zeci de mii de ori înainte și înapoi între pereții cavității rezonate. Diversele culori generate de laser se întindeau pe o plajă de 200nm, iar absobția fiecarei culori era un indiciu al unui tip moleculă prezente în aerul expirat. Desigur, același tip de moleculă își putea face simțită prezența în mai multe bezi de frecvențe, ceea ce nu putea decăt să ajute, caci aceste lucru face detecția mult mai specifică și deci precisă.

Rezultatele studiului au confirmat așteptările, deși în unele cazuri (ca de exemplu insuficiența renală), detecția a fost la limita la care ea poate avea relevanță clinică.

2008-02-21

cristipresura
M-am născut în 1971 și am urmat studiile facultăților de electrotehnică și fizică. Am lucrat la Institutul de Fizică Atomică iar în 2002 am obținut doctoratul în fizică la Universitatea Groningen, Olanda, unde am caracterizat proprietățile optice ale sistemelor corelate de electroni, colaborând cu Anthony J Leggett, membru al comisiei de doctorat și laureat al premiului Nobel în fizică 2003. Am publicat în reviste de specialitate ca Physical Review Letters și Science. În prezent sunt cercetător la compania Philips, Olanda unde, împreună cu echipa mea, am inventat și introdus pe piață primul ceas capabil să măsoare pulsul sportivilor numai pe baza senzorilor optici. Sunt membru al asociației cercetătorilor români Ad Astra și fondator al asociației Știință pentru Toți.
cristipresura
Eindhoven (Olanda)

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger