DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
SISTEMA NDIR PORTÁTIL PARA LA DETECCIÓN
TEMPRANA DE HELICOBACTER PYLORI
MEDIANTE ANÁLISIS DE ALIENTO
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A PORTABLE NDIR
SYSTEM FOR EARLY DETECTION OF HELICOBACTER
PYLORI THROUGH BREATH ANALYSIS
Eduardo de la Cruz Gámez
Tecnológico Nacional de México
Miriam Martinez Arroyo
Tecnológico Nacional de México
José Antonio Montero Valverde
Tecnológico Nacional de México
Juan Miguel Hernández Bravo
Tecnológico Nacional de México
pág. 3446
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i5.26216
Diseño e Implementación de un Sistema NDIR Portátil para la Detección
Temprana de Helicobacter Pylori Mediante Análisis de Aliento
Eduardo de la Cruz Gámez1
eduardo.dg@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-3318-788X
Tecnológico Nacional de México
campus Acapulco
México
Miriam Martinez Arroyo
miriam.ma@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0002-1781-804X
Tecnológico Nacional de México
campus Acapulco
México
José Antonio Montero Valverde
jose.mv@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0000-5357-3257
Tecnológico Nacional de México
campus Acapulco
México
Juan Miguel Hernández Bravo
juan.hb@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-4892-3368
Tecnológico Nacional de México
México
RESUMEN
La infección por Helicobacter pylori afecta a una proporción considerable de la población mundial y
representa el principal factor de riesgo conocido para el desarrollo de gastritis crónica, úlcera péptica y
adenocarcinoma gástrico. Los métodos diagnósticos convencionales —la endoscopia con biopsia y las
pruebas de aliento con isótopos marcados analizadas por espectrometría de masas— dependen de
equipos especializados y de infraestructura hospitalaria que resulta poco accesible en comunidades
rurales o de escasos recursos. En este trabajo se documenta el diseño, la construcción y la validación
experimental preliminar de un espectrofotómetro portátil de bajo costo, fundamentado en
espectroscopía de infrarrojo no dispersivo (NDIR). El dispositivo se concibió como herramienta de
apoyo para la detección no invasiva de H. pylori, a partir de las variaciones en la concentración de
dióxido de carbono (CO₂) presentes en el aliento humano. El prototipo integra una cámara de absorción
óptica fabricada mediante manufactura aditiva en polímero ABS, una unidad de procesamiento central
basada en Raspberry Pi Zero 2 W, y un convertidor analógico-digital de 16 bits (ADS1115) responsable
de digitalizar la señal generada por el par emisor-receptor infrarrojo sintonizado en 4300 nm. El
acondicionamiento de la señal se realizó con un amplificador operacional de bajo ruido y algoritmos de
filtrado digital programados en Python. Por su parte, la comunicación con la aplicación móvil se
estableció mediante una API REST desarrollada con FastAPI. En una prueba funcional de referencia,
el sistema comparó una muestra basal de aliento (1.0295 V) con una muestra enriquecida (1.5457 V),
registrando una variación de 50.14 % entre ambas lecturas, sobre la cual el software emitió un veredicto
automatizado de "apto". Estos resultados constituyen evidencia preliminar de que es técnicamente
viable desarrollar instrumentación médica funcional, portátil y de bajo costo con componentes
comerciales, si bien se requiere una validación clínica con un número mayor de sujetos antes de
considerar su uso diagnóstico.
Palabras clave: espectroscopía NDIR, helicobacter pylori, diagnóstico no invasivo, ley de beer-
lambert, instrumentación biomédica de bajo costo
1 Autor principal
Correspondencia: eduardo.dg@acapulco.tecnm.mx
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i5.26216
Diseño e Implementación de un Sistema NDIR Portátil para la Detección
Temprana de Helicobacter Pylori Mediante Análisis de Aliento
Eduardo de la Cruz Gámez1
eduardo.dg@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-3318-788X
Tecnológico Nacional de México
campus Acapulco
México
Miriam Martinez Arroyo
miriam.ma@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0002-1781-804X
Tecnológico Nacional de México
campus Acapulco
México
José Antonio Montero Valverde
jose.mv@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0000-5357-3257
Tecnológico Nacional de México
campus Acapulco
México
Juan Miguel Hernández Bravo
juan.hb@acapulco.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-4892-3368
Tecnológico Nacional de México
México
RESUMEN
La infección por Helicobacter pylori afecta a una proporción considerable de la población mundial y
representa el principal factor de riesgo conocido para el desarrollo de gastritis crónica, úlcera péptica y
adenocarcinoma gástrico. Los métodos diagnósticos convencionales —la endoscopia con biopsia y las
pruebas de aliento con isótopos marcados analizadas por espectrometría de masas— dependen de
equipos especializados y de infraestructura hospitalaria que resulta poco accesible en comunidades
rurales o de escasos recursos. En este trabajo se documenta el diseño, la construcción y la validación
experimental preliminar de un espectrofotómetro portátil de bajo costo, fundamentado en
espectroscopía de infrarrojo no dispersivo (NDIR). El dispositivo se concibió como herramienta de
apoyo para la detección no invasiva de H. pylori, a partir de las variaciones en la concentración de
dióxido de carbono (CO₂) presentes en el aliento humano. El prototipo integra una cámara de absorción
óptica fabricada mediante manufactura aditiva en polímero ABS, una unidad de procesamiento central
basada en Raspberry Pi Zero 2 W, y un convertidor analógico-digital de 16 bits (ADS1115) responsable
de digitalizar la señal generada por el par emisor-receptor infrarrojo sintonizado en 4300 nm. El
acondicionamiento de la señal se realizó con un amplificador operacional de bajo ruido y algoritmos de
filtrado digital programados en Python. Por su parte, la comunicación con la aplicación móvil se
estableció mediante una API REST desarrollada con FastAPI. En una prueba funcional de referencia,
el sistema comparó una muestra basal de aliento (1.0295 V) con una muestra enriquecida (1.5457 V),
registrando una variación de 50.14 % entre ambas lecturas, sobre la cual el software emitió un veredicto
automatizado de "apto". Estos resultados constituyen evidencia preliminar de que es técnicamente
viable desarrollar instrumentación médica funcional, portátil y de bajo costo con componentes
comerciales, si bien se requiere una validación clínica con un número mayor de sujetos antes de
considerar su uso diagnóstico.
Palabras clave: espectroscopía NDIR, helicobacter pylori, diagnóstico no invasivo, ley de beer-
lambert, instrumentación biomédica de bajo costo
1 Autor principal
Correspondencia: eduardo.dg@acapulco.tecnm.mx
pág. 3447
Design and Implementation of a Portable NDIR System For Early
Detection of Helicobacter Pylori Through Breath Analysis
ABSTRACT
Helicobacter pylori infection affects a substantial share of the world's population and is the leading
known risk factor for chronic gastritis, peptic ulcer disease, and gastric adenocarcinoma. Conventional
diagnostic approaches — endoscopic biopsy and isotope-labeled breath tests analyzed by mass
spectrometry — rely on specialized equipment and hospital infrastructure that remains largely
inaccessible in rural or low-resource settings. This paper documents the design, construction, and
preliminary experimental validation of a low-cost portable spectrophotometer based on non-dispersive
infrared (NDIR) spectroscopy, intended as a support tool for the non-invasive detection of H. pylori
through variations in the carbon dioxide (CO₂) concentration of human breath. The prototype integrates
an optical absorption chamber manufactured through additive manufacturing in ABS polymer, a central
processing unit based on a Raspberry Pi Zero 2 W, and a 16-bit analog-to-digital converter (ADS1115)
responsible for digitizing the signal produced by the infrared emitter-receiver pair tuned to 4300 nm.
Signal conditioning was performed with a low-noise operational amplifier and digital filtering
algorithms written in Python, while communication with a mobile application was established through
a REST API built with FastAPI. In a reference functional test, the system compared a baseline breath
sample (1.0295 V) with an enriched sample (1.5457 V), recording a 50.14 % variation between both
readings, upon which the software issued an automated "fit" verdict. These results provide preliminary
evidence that functional, portable, low-cost medical instrumentation can be built from commercial
components, although clinical validation with a larger cohort is required before any diagnostic use can
be considered.
Keywords: NDIR spectroscopy; helicobacter pylori; non-invasive diagnosis; beer-lambert law; low-
cost biomedical instrumentation
Artículo recibido 20 julio 2026
Aceptado para publicación: 20 agosto 2026
Design and Implementation of a Portable NDIR System For Early
Detection of Helicobacter Pylori Through Breath Analysis
ABSTRACT
Helicobacter pylori infection affects a substantial share of the world's population and is the leading
known risk factor for chronic gastritis, peptic ulcer disease, and gastric adenocarcinoma. Conventional
diagnostic approaches — endoscopic biopsy and isotope-labeled breath tests analyzed by mass
spectrometry — rely on specialized equipment and hospital infrastructure that remains largely
inaccessible in rural or low-resource settings. This paper documents the design, construction, and
preliminary experimental validation of a low-cost portable spectrophotometer based on non-dispersive
infrared (NDIR) spectroscopy, intended as a support tool for the non-invasive detection of H. pylori
through variations in the carbon dioxide (CO₂) concentration of human breath. The prototype integrates
an optical absorption chamber manufactured through additive manufacturing in ABS polymer, a central
processing unit based on a Raspberry Pi Zero 2 W, and a 16-bit analog-to-digital converter (ADS1115)
responsible for digitizing the signal produced by the infrared emitter-receiver pair tuned to 4300 nm.
Signal conditioning was performed with a low-noise operational amplifier and digital filtering
algorithms written in Python, while communication with a mobile application was established through
a REST API built with FastAPI. In a reference functional test, the system compared a baseline breath
sample (1.0295 V) with an enriched sample (1.5457 V), recording a 50.14 % variation between both
readings, upon which the software issued an automated "fit" verdict. These results provide preliminary
evidence that functional, portable, low-cost medical instrumentation can be built from commercial
components, although clinical validation with a larger cohort is required before any diagnostic use can
be considered.
Keywords: NDIR spectroscopy; helicobacter pylori; non-invasive diagnosis; beer-lambert law; low-
cost biomedical instrumentation
Artículo recibido 20 julio 2026
Aceptado para publicación: 20 agosto 2026
pág. 3448
INTRODUCCIÓN
Helicobacter pylori (H. pylori) es una bacteria gramnegativa de morfología espiralada que coloniza el
epitelio gástrico humano y cuya presencia se asocia de forma consistente con el desarrollo de gastritis
crónica, úlcera péptica y, en su forma más severa, adenocarcinoma gástrico. Se estima que más de la
mitad de la población mundial está colonizada por esta bacteria, lo que la convierte en uno de los
patógenos humanos más extendidos (Kusters, van Vliet, & Kuipers, 2006). Dada esta relación causal,
la detección oportuna de la bacteria constituye un componente central de las estrategias de prevención
de enfermedades gastrointestinales, particularmente en regiones donde el acceso a servicios de salud
especializados es limitado.
Los métodos diagnósticos disponibles se dividen, en términos generales, en invasivos y no invasivos.
Entre los primeros destaca la endoscopia con toma de biopsia, procedimiento de alta precisión, pero
costoso, incómodo para el paciente y dependiente de personal médico altamente capacitado. Entre los
segundos, la prueba de aliento con urea marcada con carbono-13 (13C-UBT) es la más utilizada. Esta
técnica aprovecha la actividad de la enzima ureasa secretada por la bacteria, la cual descompone la urea
ingerida en amoníaco y CO₂ marcado isotópicamente, susceptible de cuantificarse en el aliento exhalado
(Kusters, van Vliet, & Kuipers, 2006). Aunque esta prueba evita los inconvenientes de la endoscopia,
su implementación convencional depende de espectrómetros de masas de relación isotópica, equipos
costosos que rara vez están disponibles fuera de laboratorios clínicos de tercer nivel. Revisiones
sistemáticas recientes reportan que las pruebas de aliento basadas en sensores alcanzan niveles de
sensibilidad y especificidad diagnóstica comparables a métodos de referencia (Yang, Chen, & Tsai,
2021).
Frente a este panorama, la miniaturización de sensores ópticos y el abaratamiento de plataformas de
cómputo embebido han abierto la posibilidad de desarrollar instrumentación médica portátil sin
sacrificar de manera significativa la capacidad analítica. La espectroscopía de infrarrojo no dispersivo
(NDIR) es una de las tecnologías más adecuadas para este propósito: ofrece alta selectividad hacia el
CO₂, buena estabilidad a largo plazo y un costo de implementación considerablemente menor que otras
técnicas espectroscópicas o la espectrometría de masas (Xu, Peng, Zhu, & Guo, 2022; Dong et al.,
2017).
INTRODUCCIÓN
Helicobacter pylori (H. pylori) es una bacteria gramnegativa de morfología espiralada que coloniza el
epitelio gástrico humano y cuya presencia se asocia de forma consistente con el desarrollo de gastritis
crónica, úlcera péptica y, en su forma más severa, adenocarcinoma gástrico. Se estima que más de la
mitad de la población mundial está colonizada por esta bacteria, lo que la convierte en uno de los
patógenos humanos más extendidos (Kusters, van Vliet, & Kuipers, 2006). Dada esta relación causal,
la detección oportuna de la bacteria constituye un componente central de las estrategias de prevención
de enfermedades gastrointestinales, particularmente en regiones donde el acceso a servicios de salud
especializados es limitado.
Los métodos diagnósticos disponibles se dividen, en términos generales, en invasivos y no invasivos.
Entre los primeros destaca la endoscopia con toma de biopsia, procedimiento de alta precisión, pero
costoso, incómodo para el paciente y dependiente de personal médico altamente capacitado. Entre los
segundos, la prueba de aliento con urea marcada con carbono-13 (13C-UBT) es la más utilizada. Esta
técnica aprovecha la actividad de la enzima ureasa secretada por la bacteria, la cual descompone la urea
ingerida en amoníaco y CO₂ marcado isotópicamente, susceptible de cuantificarse en el aliento exhalado
(Kusters, van Vliet, & Kuipers, 2006). Aunque esta prueba evita los inconvenientes de la endoscopia,
su implementación convencional depende de espectrómetros de masas de relación isotópica, equipos
costosos que rara vez están disponibles fuera de laboratorios clínicos de tercer nivel. Revisiones
sistemáticas recientes reportan que las pruebas de aliento basadas en sensores alcanzan niveles de
sensibilidad y especificidad diagnóstica comparables a métodos de referencia (Yang, Chen, & Tsai,
2021).
Frente a este panorama, la miniaturización de sensores ópticos y el abaratamiento de plataformas de
cómputo embebido han abierto la posibilidad de desarrollar instrumentación médica portátil sin
sacrificar de manera significativa la capacidad analítica. La espectroscopía de infrarrojo no dispersivo
(NDIR) es una de las tecnologías más adecuadas para este propósito: ofrece alta selectividad hacia el
CO₂, buena estabilidad a largo plazo y un costo de implementación considerablemente menor que otras
técnicas espectroscópicas o la espectrometría de masas (Xu, Peng, Zhu, & Guo, 2022; Dong et al.,
2017).
pág. 3449
El presente artículo documenta el proceso de diseño, fabricación e integración de un espectrofotómetro
portátil basado en NDIR, desarrollado como proyecto de residencia profesional en el Tecnológico
Nacional de México, Campus Acapulco. El objetivo del dispositivo es ofrecer una alternativa
tecnológica accesible que apoye el diagnóstico no invasivo de H. pylori mediante el análisis de las
variaciones de CO₂ en el aliento humano. Para ello, combina manufactura aditiva, electrónica de
instrumentación y cómputo embebido en un sistema autónomo, portátil y de bajo costo.
MARCO TEÓRICO
Mecanismo bioquímico de Helicobacter pylori
La capacidad de H. pylori para sobrevivir en el ambiente ácido del estómago depende principalmente
de la enzima ureasa, que descompone la urea en amoníaco y dióxido de carbono. El amoníaco neutraliza
localmente el ácido gástrico circundante, mientras que el CO₂ generado se difunde hacia el torrente
sanguíneo y es finalmente expulsado a través de los pulmones (Kusters, van Vliet, & Kuipers, 2006).
Esta ruta bioquímica es la base fisiológica que permite cuantificar, de forma indirecta y no invasiva, la
actividad de la bacteria mediante el análisis de la composición del aliento exhalado.
Espectroscopía de infrarrojo no dispersivo (NDIR)
La tecnología NDIR se basa en la capacidad de determinadas moléculas de gas para absorber radiación
infrarroja en longitudes de onda específicas, características de sus modos vibracionales. Para el caso del
dióxido de carbono, el pico de absorción se ubica alrededor de los 4300 nm, banda que permite
identificarlo de manera selectiva frente a otros gases presentes en el aliento (Xu, Peng, Zhu, & Guo,
2022). Un sistema NDIR típico se compone de una fuente infrarroja, una cámara de absorción donde la
luz interactúa con la muestra de gas, un filtro óptico de banda estrecha y un detector térmico o termopila.
Su atractivo para aplicaciones portátiles radica en la ausencia de partes móviles —a diferencia de los
espectrómetros dispersivos que requieren rejillas de difracción— así como en su relativa insensibilidad
a la contaminación cruzada de otros analitos (Dong et al., 2017). Su bajo consumo energético y la
ausencia de partes móviles lo hacen igualmente adecuado para despliegues portátiles alimentados por
batería (Gibson & MacGregor, 2013).
El presente artículo documenta el proceso de diseño, fabricación e integración de un espectrofotómetro
portátil basado en NDIR, desarrollado como proyecto de residencia profesional en el Tecnológico
Nacional de México, Campus Acapulco. El objetivo del dispositivo es ofrecer una alternativa
tecnológica accesible que apoye el diagnóstico no invasivo de H. pylori mediante el análisis de las
variaciones de CO₂ en el aliento humano. Para ello, combina manufactura aditiva, electrónica de
instrumentación y cómputo embebido en un sistema autónomo, portátil y de bajo costo.
MARCO TEÓRICO
Mecanismo bioquímico de Helicobacter pylori
La capacidad de H. pylori para sobrevivir en el ambiente ácido del estómago depende principalmente
de la enzima ureasa, que descompone la urea en amoníaco y dióxido de carbono. El amoníaco neutraliza
localmente el ácido gástrico circundante, mientras que el CO₂ generado se difunde hacia el torrente
sanguíneo y es finalmente expulsado a través de los pulmones (Kusters, van Vliet, & Kuipers, 2006).
Esta ruta bioquímica es la base fisiológica que permite cuantificar, de forma indirecta y no invasiva, la
actividad de la bacteria mediante el análisis de la composición del aliento exhalado.
Espectroscopía de infrarrojo no dispersivo (NDIR)
La tecnología NDIR se basa en la capacidad de determinadas moléculas de gas para absorber radiación
infrarroja en longitudes de onda específicas, características de sus modos vibracionales. Para el caso del
dióxido de carbono, el pico de absorción se ubica alrededor de los 4300 nm, banda que permite
identificarlo de manera selectiva frente a otros gases presentes en el aliento (Xu, Peng, Zhu, & Guo,
2022). Un sistema NDIR típico se compone de una fuente infrarroja, una cámara de absorción donde la
luz interactúa con la muestra de gas, un filtro óptico de banda estrecha y un detector térmico o termopila.
Su atractivo para aplicaciones portátiles radica en la ausencia de partes móviles —a diferencia de los
espectrómetros dispersivos que requieren rejillas de difracción— así como en su relativa insensibilidad
a la contaminación cruzada de otros analitos (Dong et al., 2017). Su bajo consumo energético y la
ausencia de partes móviles lo hacen igualmente adecuado para despliegues portátiles alimentados por
batería (Gibson & MacGregor, 2013).
pág. 3450
Ley de Beer-Lambert
El principio fisicoquímico que rige la medición NDIR es la Ley de Beer-Lambert, la cual establece una
relación lineal entre la absorbancia (A) de una muestra y la concentración del analito (C) a lo largo de
una trayectoria óptica definida (B). Esta relación garantiza que, si el camino óptico permanece
constante, cualquier variación en la intensidad de luz detectada sea atribuible exclusivamente a un
cambio en la concentración del gas de interés (Walton, 2005). Sobre esta base se construye el criterio
de diagnóstico del prototipo: comparar la atenuación óptica de una muestra basal con la de una muestra
enriquecida en CO₂ tras la ingesta de urea marcada.
Acondicionamiento de señal y conversión analógica-digital
Los fotodetectores infrarrojos entregan señales del orden de los microvoltios o milivoltios, lo que las
hace altamente susceptibles al ruido electromagnético y a la deriva térmica. Por ello, resulta
indispensable una etapa de acondicionamiento basada en amplificadores operacionales de bajo ruido y
alta ganancia antes de digitalizar la señal (Atkins & de Paula, 2008). En este proyecto, la digitalización
se realizó con el convertidor ADS1115, un ADC de 16 bits que ofrece una resolución de 65 536 niveles,
suficiente para diferenciar variaciones mínimas de concentración que sistemas de menor resolución no
podrían distinguir del ruido de fondo. La integración de plataformas de cómputo embebido de bajo
costo, como la Raspberry Pi, con convertidores de esta precisión ha sido documentada como una vía
viable para desarrollar analizadores de gas compactos orientados al monitoreo en tiempo real (Xu, Tian,
Lin, Xu, & Tao, 2024; Vincent & Gardner, 2016).
MATERIALES Y MÉTODOS
El desarrollo del espectrofotómetro se organizó en tres subsistemas funcionales que operan de manera
coordinada: (1) un subsistema óptico responsable de la interacción física entre la luz infrarroja y la
muestra de gas; (2) un subsistema de acondicionamiento y adquisición de señal, encargado de
amplificar, filtrar y digitalizar la respuesta del sensor; y (3) una unidad de procesamiento central que
gestiona la secuencia de medición, ejecuta el procesamiento digital de la señal y transmite los resultados
a una aplicación móvil. La Figura 1 resume el flujo de información entre estas etapas.
Ley de Beer-Lambert
El principio fisicoquímico que rige la medición NDIR es la Ley de Beer-Lambert, la cual establece una
relación lineal entre la absorbancia (A) de una muestra y la concentración del analito (C) a lo largo de
una trayectoria óptica definida (B). Esta relación garantiza que, si el camino óptico permanece
constante, cualquier variación en la intensidad de luz detectada sea atribuible exclusivamente a un
cambio en la concentración del gas de interés (Walton, 2005). Sobre esta base se construye el criterio
de diagnóstico del prototipo: comparar la atenuación óptica de una muestra basal con la de una muestra
enriquecida en CO₂ tras la ingesta de urea marcada.
Acondicionamiento de señal y conversión analógica-digital
Los fotodetectores infrarrojos entregan señales del orden de los microvoltios o milivoltios, lo que las
hace altamente susceptibles al ruido electromagnético y a la deriva térmica. Por ello, resulta
indispensable una etapa de acondicionamiento basada en amplificadores operacionales de bajo ruido y
alta ganancia antes de digitalizar la señal (Atkins & de Paula, 2008). En este proyecto, la digitalización
se realizó con el convertidor ADS1115, un ADC de 16 bits que ofrece una resolución de 65 536 niveles,
suficiente para diferenciar variaciones mínimas de concentración que sistemas de menor resolución no
podrían distinguir del ruido de fondo. La integración de plataformas de cómputo embebido de bajo
costo, como la Raspberry Pi, con convertidores de esta precisión ha sido documentada como una vía
viable para desarrollar analizadores de gas compactos orientados al monitoreo en tiempo real (Xu, Tian,
Lin, Xu, & Tao, 2024; Vincent & Gardner, 2016).
MATERIALES Y MÉTODOS
El desarrollo del espectrofotómetro se organizó en tres subsistemas funcionales que operan de manera
coordinada: (1) un subsistema óptico responsable de la interacción física entre la luz infrarroja y la
muestra de gas; (2) un subsistema de acondicionamiento y adquisición de señal, encargado de
amplificar, filtrar y digitalizar la respuesta del sensor; y (3) una unidad de procesamiento central que
gestiona la secuencia de medición, ejecuta el procesamiento digital de la señal y transmite los resultados
a una aplicación móvil. La Figura 1 resume el flujo de información entre estas etapas.
pág. 3451
Figura 1. Diagrama de bloques del flujo de señal y control centralizado del sistema NDIR.
Subsistema de detección óptica
El núcleo óptico del instrumento está formado por una celda de cuarzo, seleccionada por su alta
transmitancia en el infrarrojo medio, la cual minimiza las pérdidas de señal atribuibles al propio material
de la celda. Como fuente de emisión se utilizó un LED infrarrojo (L15895-0430MA) sintonizado a 4300
nm, longitud de onda coincidente con el pico de absorción molecular del CO₂. Del lado receptor se
empleó un fotodetector (AK9710AEF01) sensible en la banda de 4280 a 4300 nm, encargado de
convertir la intensidad de luz residual —tras atravesar la muestra de aliento— en una micro-corriente
eléctrica proporcional. La Figura 2 ilustra la disposición del emisor, la cubeta de muestra y el detector
a lo largo del camino óptico.
Figura 2. Trayecto óptico del módulo NDIR: emisor infrarrojo, cubeta de cuarzo con la muestra de
aliento y detector infrarrojo.
Figura 1. Diagrama de bloques del flujo de señal y control centralizado del sistema NDIR.
Subsistema de detección óptica
El núcleo óptico del instrumento está formado por una celda de cuarzo, seleccionada por su alta
transmitancia en el infrarrojo medio, la cual minimiza las pérdidas de señal atribuibles al propio material
de la celda. Como fuente de emisión se utilizó un LED infrarrojo (L15895-0430MA) sintonizado a 4300
nm, longitud de onda coincidente con el pico de absorción molecular del CO₂. Del lado receptor se
empleó un fotodetector (AK9710AEF01) sensible en la banda de 4280 a 4300 nm, encargado de
convertir la intensidad de luz residual —tras atravesar la muestra de aliento— en una micro-corriente
eléctrica proporcional. La Figura 2 ilustra la disposición del emisor, la cubeta de muestra y el detector
a lo largo del camino óptico.
Figura 2. Trayecto óptico del módulo NDIR: emisor infrarrojo, cubeta de cuarzo con la muestra de
aliento y detector infrarrojo.
pág. 3452
Subsistema de acondicionamiento y adquisición de señal
La señal diferencial entregada por el detector se procesó mediante un amplificador operacional de bajo
ruido (OPA2387DGKR), configurado como amplificador de transimpedancia para convertir la micro-
corriente del fotodetector en un voltaje manejable. Este tipo de configuración resulta idónea para
minimizar el ruido de fondo en fotodetectores infrarrojos de baja impedancia (Achtenberg, Scandurra,
Mikołajczyk, Ciofi, & Bielecki, 2023). Una red de componentes pasivos —resistencia de
retroalimentación de 1 MΩ y capacitores cerámicos de desacoplo— definió la ganancia del circuito y
conformó, además, un filtro pasa-bajas que atenúa el ruido de alta frecuencia antes de la conversión
analógica-digital. La emisión del LED infrarrojo se moduló mediante un transistor de conmutación
2N2222, controlado desde el pin GPIO 17 de la unidad central, lo que permitió operar el emisor en
pulsos para reducir el consumo energético y facilitar el filtrado del ruido de fondo. La señal ya
acondicionada se digitalizó con el convertidor ADS1115 de 16 bits, conectado a la unidad de
procesamiento mediante el bus I2C (pines SDA/SCL). La Figura 3 presenta el diagrama esquemático
completo del circuito.
Figura 3. Diagrama del circuito de acondicionamiento de señal, modulación del emisor infrarrojo y
conversión analógica-digital.
Procesamiento central y gestión energética
El control del hardware recayó en una Raspberry Pi Zero 2 W, encargada de modular el transistor
emisor, leer los datos digitales del ADS1115 a través del bus I2C, aplicar los algoritmos de filtrado y
transmitir los resultados a la interfaz móvil. La viabilidad de este tipo de plataformas de bajo costo para
integrar sensores y periféricos en dispositivos embebidos ha sido documentada previamente (Sapes &
Solsona, 2016). La autonomía energética del prototipo se resolvió mediante una placa de expansión
Subsistema de acondicionamiento y adquisición de señal
La señal diferencial entregada por el detector se procesó mediante un amplificador operacional de bajo
ruido (OPA2387DGKR), configurado como amplificador de transimpedancia para convertir la micro-
corriente del fotodetector en un voltaje manejable. Este tipo de configuración resulta idónea para
minimizar el ruido de fondo en fotodetectores infrarrojos de baja impedancia (Achtenberg, Scandurra,
Mikołajczyk, Ciofi, & Bielecki, 2023). Una red de componentes pasivos —resistencia de
retroalimentación de 1 MΩ y capacitores cerámicos de desacoplo— definió la ganancia del circuito y
conformó, además, un filtro pasa-bajas que atenúa el ruido de alta frecuencia antes de la conversión
analógica-digital. La emisión del LED infrarrojo se moduló mediante un transistor de conmutación
2N2222, controlado desde el pin GPIO 17 de la unidad central, lo que permitió operar el emisor en
pulsos para reducir el consumo energético y facilitar el filtrado del ruido de fondo. La señal ya
acondicionada se digitalizó con el convertidor ADS1115 de 16 bits, conectado a la unidad de
procesamiento mediante el bus I2C (pines SDA/SCL). La Figura 3 presenta el diagrama esquemático
completo del circuito.
Figura 3. Diagrama del circuito de acondicionamiento de señal, modulación del emisor infrarrojo y
conversión analógica-digital.
Procesamiento central y gestión energética
El control del hardware recayó en una Raspberry Pi Zero 2 W, encargada de modular el transistor
emisor, leer los datos digitales del ADS1115 a través del bus I2C, aplicar los algoritmos de filtrado y
transmitir los resultados a la interfaz móvil. La viabilidad de este tipo de plataformas de bajo costo para
integrar sensores y periféricos en dispositivos embebidos ha sido documentada previamente (Sapes &
Solsona, 2016). La autonomía energética del prototipo se resolvió mediante una placa de expansión
pág. 3453
Geekworm X306 V1.5, que funciona como un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS)
compatible con la Raspberry Pi Zero 2 W. Esta placa entrega un voltaje regulado de 5.1 V con una
corriente máxima de 4000 mA a partir de una batería de ion-litio 18650, e incorpora protecciones contra
polaridad inversa, sobrecorriente y sobrevoltaje, además de un circuito de corte automático de descarga
a 2.4 V para evitar el deterioro de la celda.
Manufactura y estructura física
La carcasa, los soportes internos y la cámara de absorción se modelaron paramétricamente en FreeCAD
y se fabricaron por manufactura aditiva (impresión 3D) en polímero ABS, laminado con el software
UltiMaker Cura. El diseño priorizó la alineación concéntrica del emisor, la cubeta de cuarzo y el
detector, empleando guías micrométricas impresas para minimizar desviaciones mecánicas que
pudieran introducir lecturas erráticas. Durante la fase de manufactura fue necesario ajustar de manera
iterativa la temperatura de boquilla y de cámara de impresión para mitigar la deformación térmica
(warping) característica del ABS, así como aplicar tratamientos de hermeticidad para evitar fugas en la
muestra de aliento (figura 4). Estos ajustes son consistentes con estudios que muestran que el control
de la temperatura de la cámara de impresión reduce significativamente los defectos de deformación en
piezas fabricadas en ABS (Jaber, Saleh, & Ibraheem, 2025).
Figura 4. Prototipo físico
Desarrollo de software y comunicación inalámbrica
El firmware de control se desarrolló en Python sobre Raspberry Pi OS, utilizando las bibliotecas
Adafruit-Blinka y adafruit-circuitpython-ads1x15 para la interfaz con el hardware, y el framework
FastAPI —servido mediante Uvicorn— para exponer una API REST.
Geekworm X306 V1.5, que funciona como un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS)
compatible con la Raspberry Pi Zero 2 W. Esta placa entrega un voltaje regulado de 5.1 V con una
corriente máxima de 4000 mA a partir de una batería de ion-litio 18650, e incorpora protecciones contra
polaridad inversa, sobrecorriente y sobrevoltaje, además de un circuito de corte automático de descarga
a 2.4 V para evitar el deterioro de la celda.
Manufactura y estructura física
La carcasa, los soportes internos y la cámara de absorción se modelaron paramétricamente en FreeCAD
y se fabricaron por manufactura aditiva (impresión 3D) en polímero ABS, laminado con el software
UltiMaker Cura. El diseño priorizó la alineación concéntrica del emisor, la cubeta de cuarzo y el
detector, empleando guías micrométricas impresas para minimizar desviaciones mecánicas que
pudieran introducir lecturas erráticas. Durante la fase de manufactura fue necesario ajustar de manera
iterativa la temperatura de boquilla y de cámara de impresión para mitigar la deformación térmica
(warping) característica del ABS, así como aplicar tratamientos de hermeticidad para evitar fugas en la
muestra de aliento (figura 4). Estos ajustes son consistentes con estudios que muestran que el control
de la temperatura de la cámara de impresión reduce significativamente los defectos de deformación en
piezas fabricadas en ABS (Jaber, Saleh, & Ibraheem, 2025).
Figura 4. Prototipo físico
Desarrollo de software y comunicación inalámbrica
El firmware de control se desarrolló en Python sobre Raspberry Pi OS, utilizando las bibliotecas
Adafruit-Blinka y adafruit-circuitpython-ads1x15 para la interfaz con el hardware, y el framework
FastAPI —servido mediante Uvicorn— para exponer una API REST.
pág. 3454
Este tipo de arquitectura cliente-servidor basada en servicios REST ha demostrado ser eficaz para
vincular dispositivos médicos portátiles con aplicaciones móviles (Andry, Wan, & Nicholson, 2011).
Se implementaron tres rutas principales: una ruta raíz de diagnóstico que reporta el estado del hardware,
y dos rutas operativas (/api/basal y /api/enriquecida) que, al ser invocadas por la aplicación móvil,
disparan la secuencia de captura —encendido del LED, estabilización de 1 segundo, lectura del voltaje
y apagado del LED— y devuelven el resultado en formato JSON. Del lado del algoritmo de
procesamiento, se aplicó un filtro de media móvil para atenuar las fluctuaciones de alta frecuencia
asociadas al ruido electromagnético y a la deriva térmica, siguiendo un enfoque similar al reportado por
Xu, Tian, Lin, Xu y Tao (2024) para analizadores NDIR embebidos. Este tipo de filtrado ha mostrado
mejoras comparables en la relación señal-ruido de señales biomédicas adquiridas con instrumentación
de bajo costo (Al-Hetari et al., 2024). La comunicación con la aplicación móvil se estableció sobre la
red Wi-Fi local, con un enfoque de conectividad inalámbrica comparable al empleado en redes de
sensores NDIR de bajo costo para monitoreo ambiental de CO₂ (Wang, Niu, Zheng, Zheng, & Wang,
2016).
Protocolo de prueba funcional
El protocolo de prueba replica, a nivel conceptual, la lógica de la prueba de aliento con urea marcada.
En primer lugar, el paciente exhala directamente hacia la boquilla del dispositivo para registrar una
muestra basal (t = 0 min). Posteriormente, el paciente ingiere una dosis de urea marcada y, tras un
periodo de espera de veinte minutos —tiempo necesario para que la ureasa bacteriana metabolice el
sustrato—, se captura una segunda muestra, denominada enriquecida. El sistema calcula la variación
porcentual de voltaje entre ambas lecturas y, con base en umbrales clínicos configurados en el software,
emite un veredicto automatizado sobre la condición del paciente.
RESULTADOS
Prototipo físico integrado
El resultado del proceso de manufactura fue un prototipo compacto tipo "todo en uno", que aloja en un
solo chasis la cámara óptica, la electrónica de acondicionamiento, la unidad de procesamiento y la
batería (Figura 5). El diseño final logró una alineación estable entre el emisor y el detector infrarrojo,
así como hermeticidad suficiente para evitar fugas de la muestra de aliento durante la medición.
Este tipo de arquitectura cliente-servidor basada en servicios REST ha demostrado ser eficaz para
vincular dispositivos médicos portátiles con aplicaciones móviles (Andry, Wan, & Nicholson, 2011).
Se implementaron tres rutas principales: una ruta raíz de diagnóstico que reporta el estado del hardware,
y dos rutas operativas (/api/basal y /api/enriquecida) que, al ser invocadas por la aplicación móvil,
disparan la secuencia de captura —encendido del LED, estabilización de 1 segundo, lectura del voltaje
y apagado del LED— y devuelven el resultado en formato JSON. Del lado del algoritmo de
procesamiento, se aplicó un filtro de media móvil para atenuar las fluctuaciones de alta frecuencia
asociadas al ruido electromagnético y a la deriva térmica, siguiendo un enfoque similar al reportado por
Xu, Tian, Lin, Xu y Tao (2024) para analizadores NDIR embebidos. Este tipo de filtrado ha mostrado
mejoras comparables en la relación señal-ruido de señales biomédicas adquiridas con instrumentación
de bajo costo (Al-Hetari et al., 2024). La comunicación con la aplicación móvil se estableció sobre la
red Wi-Fi local, con un enfoque de conectividad inalámbrica comparable al empleado en redes de
sensores NDIR de bajo costo para monitoreo ambiental de CO₂ (Wang, Niu, Zheng, Zheng, & Wang,
2016).
Protocolo de prueba funcional
El protocolo de prueba replica, a nivel conceptual, la lógica de la prueba de aliento con urea marcada.
En primer lugar, el paciente exhala directamente hacia la boquilla del dispositivo para registrar una
muestra basal (t = 0 min). Posteriormente, el paciente ingiere una dosis de urea marcada y, tras un
periodo de espera de veinte minutos —tiempo necesario para que la ureasa bacteriana metabolice el
sustrato—, se captura una segunda muestra, denominada enriquecida. El sistema calcula la variación
porcentual de voltaje entre ambas lecturas y, con base en umbrales clínicos configurados en el software,
emite un veredicto automatizado sobre la condición del paciente.
RESULTADOS
Prototipo físico integrado
El resultado del proceso de manufactura fue un prototipo compacto tipo "todo en uno", que aloja en un
solo chasis la cámara óptica, la electrónica de acondicionamiento, la unidad de procesamiento y la
batería (Figura 5). El diseño final logró una alineación estable entre el emisor y el detector infrarrojo,
así como hermeticidad suficiente para evitar fugas de la muestra de aliento durante la medición.
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Figura 5. Prototipo físico integrado: vista interior mostrando la cámara óptica, la batería y las placas
electrónicas (derecha).
Validación de la adquisición de datos
Las pruebas de banco confirmaron que el convertidor ADS1115 captura variaciones de voltaje en el
orden de los milivoltios con la resolución necesaria para diferenciar niveles mínimos de CO₂. El
procesamiento digital de la señal —filtrado de media móvil aplicado sobre la señal cruda— redujo las
fluctuaciones de alta frecuencia y mantuvo las desviaciones estándar de la señal procesada dentro de un
rango considerado apto para fines de diagnóstico preliminar, disminuyendo la probabilidad de falsos
positivos. La interfaz móvil, por su parte, mostró las curvas de absorbancia en tiempo real, con un flujo
de datos bidireccional estable entre el prototipo y la aplicación (Figura 6).
Figura 6. Síntesis del informe de pruebas de desempeño: validación de la adquisición con el ADC de
16 bits, reducción de falsos positivos mediante filtrado digital, y visualización móvil en tiempo real.
Figura 5. Prototipo físico integrado: vista interior mostrando la cámara óptica, la batería y las placas
electrónicas (derecha).
Validación de la adquisición de datos
Las pruebas de banco confirmaron que el convertidor ADS1115 captura variaciones de voltaje en el
orden de los milivoltios con la resolución necesaria para diferenciar niveles mínimos de CO₂. El
procesamiento digital de la señal —filtrado de media móvil aplicado sobre la señal cruda— redujo las
fluctuaciones de alta frecuencia y mantuvo las desviaciones estándar de la señal procesada dentro de un
rango considerado apto para fines de diagnóstico preliminar, disminuyendo la probabilidad de falsos
positivos. La interfaz móvil, por su parte, mostró las curvas de absorbancia en tiempo real, con un flujo
de datos bidireccional estable entre el prototipo y la aplicación (Figura 6).
Figura 6. Síntesis del informe de pruebas de desempeño: validación de la adquisición con el ADC de
16 bits, reducción de falsos positivos mediante filtrado digital, y visualización móvil en tiempo real.
pág. 3456
Caso de prueba: muestra basal frente a muestra enriquecida
En una prueba funcional de referencia realizada con el prototipo, se registró un voltaje de 1.0295 V para
la muestra basal y de 1.5457 V para la muestra enriquecida, lo que representa una variación de 50.14 %
entre ambas lecturas.
Considerando los umbrales clínicos programados en el sistema —definidos a partir de los rangos de
variación reportados en la literatura para pruebas de aliento con urea marcada—, el software emitió
automáticamente el diagnóstico de "apto", es decir, compatible con una variación significativa de CO₂
atribuible a la actividad de la ureasa bacteriana. La Figura 6 resume el flujo completo de la prueba,
desde la adquisición física de la muestra hasta el diagnóstico final.7
Figura 7. Flujo de pruebas clínicas y análisis de datos: adquisición física, control desde la aplicación
móvil, procesamiento en tiempo real y diagnóstico final.
Caso de prueba: muestra basal frente a muestra enriquecida
En una prueba funcional de referencia realizada con el prototipo, se registró un voltaje de 1.0295 V para
la muestra basal y de 1.5457 V para la muestra enriquecida, lo que representa una variación de 50.14 %
entre ambas lecturas.
Considerando los umbrales clínicos programados en el sistema —definidos a partir de los rangos de
variación reportados en la literatura para pruebas de aliento con urea marcada—, el software emitió
automáticamente el diagnóstico de "apto", es decir, compatible con una variación significativa de CO₂
atribuible a la actividad de la ureasa bacteriana. La Figura 6 resume el flujo completo de la prueba,
desde la adquisición física de la muestra hasta el diagnóstico final.7
Figura 7. Flujo de pruebas clínicas y análisis de datos: adquisición física, control desde la aplicación
móvil, procesamiento en tiempo real y diagnóstico final.
pág. 3457
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos son consistentes con lo reportado en la literatura sobre sensores NDIR de bajo
costo: la resolución de 16 bits del ADS1115 resultó suficiente para diferenciar la muestra basal de la
enriquecida con un margen amplio (50.14 %), en línea con el planteamiento de que los sistemas multi-
gas NDIR de arquitectura relativamente sencilla pueden alcanzar la sensibilidad necesaria para
diferenciar concentraciones de CO₂ del ruido de fondo (Dong et al., 2017; Xu, Peng, Zhu, & Guo, 2022).
De manera similar, la viabilidad de alcanzar precisión analítica adecuada para análisis de aliento con
componentes de bajo costo —observada en este prototipo a través del filtro de media móvil— coincide
con lo reportado para sistemas NDIR basados en MEMS diseñados específicamente para la
monitorización de CO₂ en aliento a niveles de ppm (Vincent & Gardner, 2016).
No obstante, es importante señalar las limitaciones del presente estudio. En primer lugar, el resultado
reportado corresponde a una única prueba funcional de referencia y no a un ensayo clínico con una
muestra estadísticamente representativa de pacientes; por lo tanto, el valor de 50.14 % debe interpretarse
como evidencia de que el sistema es capaz de detectar una variación de concentración de CO₂, y no
como un umbral diagnóstico validado clínicamente. En segundo lugar, los umbrales de decisión
programados en el software se basaron en referencias de la literatura y no en un estudio de calibración
propio con múltiples sujetos, por lo que su sensibilidad y especificidad reales permanecen por
determinar. Finalmente, si bien se implementaron estrategias de acondicionamiento y filtrado para
mitigar el ruido electromagnético y la deriva térmica, no se realizó una caracterización metrológica
formal (repetibilidad, reproducibilidad e incertidumbre de medición) que permita establecer límites de
detección y cuantificación con rigor estadístico.
Estas limitaciones no invalidan la contribución central del trabajo, que es de naturaleza tecnológica:
demostrar que es posible integrar manufactura aditiva, electrónica de instrumentación de precisión y
cómputo embebido en un dispositivo funcional, portátil y significativamente más económico que un
espectrómetro de masas de relación isotópica. Sí delimitan, sin embargo, el alcance de las conclusiones
diagnósticas que pueden derivarse del prototipo en su estado actual.
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos son consistentes con lo reportado en la literatura sobre sensores NDIR de bajo
costo: la resolución de 16 bits del ADS1115 resultó suficiente para diferenciar la muestra basal de la
enriquecida con un margen amplio (50.14 %), en línea con el planteamiento de que los sistemas multi-
gas NDIR de arquitectura relativamente sencilla pueden alcanzar la sensibilidad necesaria para
diferenciar concentraciones de CO₂ del ruido de fondo (Dong et al., 2017; Xu, Peng, Zhu, & Guo, 2022).
De manera similar, la viabilidad de alcanzar precisión analítica adecuada para análisis de aliento con
componentes de bajo costo —observada en este prototipo a través del filtro de media móvil— coincide
con lo reportado para sistemas NDIR basados en MEMS diseñados específicamente para la
monitorización de CO₂ en aliento a niveles de ppm (Vincent & Gardner, 2016).
No obstante, es importante señalar las limitaciones del presente estudio. En primer lugar, el resultado
reportado corresponde a una única prueba funcional de referencia y no a un ensayo clínico con una
muestra estadísticamente representativa de pacientes; por lo tanto, el valor de 50.14 % debe interpretarse
como evidencia de que el sistema es capaz de detectar una variación de concentración de CO₂, y no
como un umbral diagnóstico validado clínicamente. En segundo lugar, los umbrales de decisión
programados en el software se basaron en referencias de la literatura y no en un estudio de calibración
propio con múltiples sujetos, por lo que su sensibilidad y especificidad reales permanecen por
determinar. Finalmente, si bien se implementaron estrategias de acondicionamiento y filtrado para
mitigar el ruido electromagnético y la deriva térmica, no se realizó una caracterización metrológica
formal (repetibilidad, reproducibilidad e incertidumbre de medición) que permita establecer límites de
detección y cuantificación con rigor estadístico.
Estas limitaciones no invalidan la contribución central del trabajo, que es de naturaleza tecnológica:
demostrar que es posible integrar manufactura aditiva, electrónica de instrumentación de precisión y
cómputo embebido en un dispositivo funcional, portátil y significativamente más económico que un
espectrómetro de masas de relación isotópica. Sí delimitan, sin embargo, el alcance de las conclusiones
diagnósticas que pueden derivarse del prototipo en su estado actual.
pág. 3458
Conclusiones y trabajo futuro
El desarrollo de este espectrofotómetro portátil confirma que la espectroscopía NDIR, fundamentada
en la Ley de Beer-Lambert, constituye un método técnicamente viable y reproducible para detectar
variaciones de CO₂ en muestras de aliento con componentes electrónicos y de manufactura de costo
accesible. La integración de una cámara óptica fabricada por impresión 3D, un convertidor analógico-
digital de 16 bits, algoritmos de filtrado digital y conectividad inalámbrica dio como resultado un
dispositivo autónomo capaz de operar fuera de un entorno de laboratorio, atributo especialmente
relevante para su eventual despliegue en zonas rurales o de difícil acceso.
Con miras a una futura fase de validación clínica o escalamiento industrial, se identifican las siguientes
líneas de trabajo prioritarias:
Validación clínica con una cohorte de pacientes estadísticamente representativa, que permita calcular
la sensibilidad, especificidad y los umbrales de decisión del sistema con rigor estadístico, en
comparación con el estándar de oro (13C-UBT analizado por espectrometría de masas).
Optimización lumínica de la cámara de absorción, mediante recubrimientos reflectantes (oro o plata)
que incrementen la trayectoria efectiva de los fotones infrarrojos y mejoren el límite de detección del
sistema.
Sustitución del ABS por polímeros de grado médico o materiales compatibles con protocolos de
esterilización, requisito indispensable para su uso en entornos clínicos.
Incorporación de un módulo de clasificación automática (aprendizaje automático) que permita
distinguir patrones de absorción asociados a resultados positivos y negativos con menor dependencia
de la interpretación humana.
Caracterización metrológica formal del sistema (repetibilidad, reproducibilidad, deriva a largo plazo) y
mejora de la gestión térmica del chasis, con el fin de aislar el detector del calor generado por la batería.
En conjunto, los resultados presentados aportan evidencia preliminar de que la instrumentación
biomédica portátil y de bajo costo es una vía viable para ampliar el acceso a herramientas de tamizaje
de H. pylori, particularmente en poblaciones actualmente desatendidas por la infraestructura diagnóstica
convencional.
Conclusiones y trabajo futuro
El desarrollo de este espectrofotómetro portátil confirma que la espectroscopía NDIR, fundamentada
en la Ley de Beer-Lambert, constituye un método técnicamente viable y reproducible para detectar
variaciones de CO₂ en muestras de aliento con componentes electrónicos y de manufactura de costo
accesible. La integración de una cámara óptica fabricada por impresión 3D, un convertidor analógico-
digital de 16 bits, algoritmos de filtrado digital y conectividad inalámbrica dio como resultado un
dispositivo autónomo capaz de operar fuera de un entorno de laboratorio, atributo especialmente
relevante para su eventual despliegue en zonas rurales o de difícil acceso.
Con miras a una futura fase de validación clínica o escalamiento industrial, se identifican las siguientes
líneas de trabajo prioritarias:
Validación clínica con una cohorte de pacientes estadísticamente representativa, que permita calcular
la sensibilidad, especificidad y los umbrales de decisión del sistema con rigor estadístico, en
comparación con el estándar de oro (13C-UBT analizado por espectrometría de masas).
Optimización lumínica de la cámara de absorción, mediante recubrimientos reflectantes (oro o plata)
que incrementen la trayectoria efectiva de los fotones infrarrojos y mejoren el límite de detección del
sistema.
Sustitución del ABS por polímeros de grado médico o materiales compatibles con protocolos de
esterilización, requisito indispensable para su uso en entornos clínicos.
Incorporación de un módulo de clasificación automática (aprendizaje automático) que permita
distinguir patrones de absorción asociados a resultados positivos y negativos con menor dependencia
de la interpretación humana.
Caracterización metrológica formal del sistema (repetibilidad, reproducibilidad, deriva a largo plazo) y
mejora de la gestión térmica del chasis, con el fin de aislar el detector del calor generado por la batería.
En conjunto, los resultados presentados aportan evidencia preliminar de que la instrumentación
biomédica portátil y de bajo costo es una vía viable para ampliar el acceso a herramientas de tamizaje
de H. pylori, particularmente en poblaciones actualmente desatendidas por la infraestructura diagnóstica
convencional.
pág. 3459
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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amplifier for noise measurements in low-resistance IR photodetectors. Applied Sciences, 13(17),
9964. https://doi.org/10.3390/app13179964
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A practical study to enhance pressure signal quality in mechanical ventilators using moving average
filtration: A comparative study. University of Science and Technology Journal for Engineering and
Technology, 2(2), 57–73. https://doi.org/10.59222/ustjet.2.2.4
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17(10), 2221. https://doi.org/10.3390/s17102221
Flores Rangel, G., Díaz de León Martínez, L., & Mizaikoff, B. (2025). Helicobacter pylori breath test
via mid-infrared sensor technology. Acs Sensors, 10(2), 1005–1010.
https://doi.org/10.1021/acssensors.4c02785
Gibson, D., & MacGregor, C. (2013). A novel solid state non-dispersive infrared CO₂ gas sensor
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control on the printing of ABS filament in a three-dimension printer. Engineering, Technology &
Applied Science Research, 15(2), 20681–20686. https://doi.org/10.48084/etasr.9762
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A practical study to enhance pressure signal quality in mechanical ventilators using moving average
filtration: A comparative study. University of Science and Technology Journal for Engineering and
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pág. 3460
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