Più di un naso elettronico: il sensore che distingue molecole in gas con una sensibilità senza precedenti

Il nuovo sensore laser sviluppato dall’Università del Colorado a Boulder e dal NIST rappresenta una svolta nella capacità di analizzare i gas.

Questo dispositivo innovativo è in grado di identificare le molecole presenti in un campione con una sensibilità senza precedenti, riuscendo a rilevare concentrazioni fino a parti per trilione. La sua versatilità e la semplicità di progettazione lo rendono adatto a numerosi campi di applicazione, dalla medicina al monitoraggio ambientale.

Il principio alla base di questa tecnologia è l’uso di un laser a pettine di frequenze, capace di emettere impulsi di luce in un vasto spettro di colori. Ogni gas possiede una sorta di “impronta digitale” ottica, assorbendo la luce a specifiche lunghezze d’onda. Il laser sfrutta questa caratteristica per identificare con precisione la composizione di un campione di gas, permettendo un’analisi dettagliata delle sostanze presenti.

Per migliorare l’efficienza del rilevamento, il team ha sviluppato un sistema che confina il gas in una cavità ottica formata da specchi altamente riflettenti. Questa configurazione permette alla luce laser di rimbalzare migliaia di volte all’interno della cavità, aumentando la probabilità che le molecole assorbano la luce e rendendo il processo di identificazione molto più preciso rispetto alle tecniche tradizionali.

Una delle principali innovazioni del nuovo dispositivo è la Modulated Ringdown Comb Interferometry (MRCI), una tecnica che modula periodicamente la dimensione della cavità ottica. Questa soluzione permette di ampliare la gamma di lunghezze d’onda analizzabili in un’unica misurazione, superando una delle limitazioni chiave delle precedenti tecnologie e rendendo il sistema molto più efficiente e universale.

Applicazioni nella medicina e nella diagnostica

Un altro elemento chiave è l’uso di algoritmi avanzati per elaborare i dati raccolti. L’analisi computazionale permette di decifrare i complessi schemi di intensità luminosa emessi dal sistema, trasformandoli in informazioni dettagliate sulla composizione chimica del gas. Questo approccio garantisce non solo una grande precisione, ma anche una rapidità d’analisi che potrebbe rivelarsi fondamentale in molte applicazioni pratiche.

Uno degli ambiti più promettenti per questa tecnologia è la diagnostica medica. Analizzando l’aria espirata dai pazienti, il sensore è in grado di rilevare la presenza di specifiche molecole che possono indicare malattie come il cancro ai polmoni, il diabete o disturbi respiratori cronici. Questo metodo potrebbe rappresentare una rivoluzione nel campo della medicina, offrendo un sistema di diagnosi non invasivo, rapido ed estremamente accurato.

Monitoraggio ambientale e prospettive future

Oltre alla medicina, il sensore potrebbe essere utilizzato per il monitoraggio ambientale e il controllo delle emissioni di gas serra. La capacità di rilevare anche tracce minime di sostanze chimiche lo rende uno strumento ideale per l’analisi dell’aria nelle aree urbane o industriali. Inoltre, in studi precedenti, questa tecnologia è già stata impiegata con successo per individuare tracce di SARS-CoV-2 nei campioni di respiro umano, dimostrando la sua efficacia anche nel rilevamento di agenti patogeni.

Attualmente, il team di ricerca sta collaborando con il CU Anschutz Medical Campus e il Children’s Hospital Colorado per testare il dispositivo su pazienti affetti da asma, polmonite e cancro ai polmoni. Se i risultati saranno confermati, questa innovazione potrebbe avere un impatto significativo sulla diagnosi precoce di numerose malattie, aprendo la strada a un nuovo modo di monitorare la salute umana e l’ambiente con strumenti sempre più sofisticati ed efficienti.