Nanoczujniki poprawiają wykrywanie biomarkerów choroby w wydychanym oddechu

Balance robot (Czerwiec 2019).

Anonim

Naukowcy z Korei Zaawansowany Instytut Nauki i Technologii (KAIST) opracowali nanoczujniki, które szybko analizują składniki oddechu wydychanego, aby wykryć śladowe cząsteczki związane z określonymi chorobami. Ich wydajność i dokładność poprawiły się, projektując nanokatalizatory kapsułkowane białkiem.

"Ta nowa platforma analizy gazów oddechowych będzie bardzo pomocna w ograniczaniu wydatków medycznych i ciągłej kontroli warunków fizycznych", mówi Il-Doo Kim z KAIST Department of Materials Science and Engineering.

Zróżnicowane składniki można znaleźć w ludzkim oddechu, w tym parę wodną, ​​wodór, aceton, toluen, amoniak, siarkowodór i tlenek węgla. Niektóre z tych składników są ściśle związane z takimi chorobami, jak astma, rak płuca, cukrzyca typu I i chroniczny nieświeży oddech.

Opracowanie czujników oddechu, które reagują tylko na określone biomarkery, było trudnym zadaniem, ponieważ w wydychanym oddechu znajdują się tysiące gazów, które mogą zakłócać wyniki. Co więcej, ten sam komponent może być powiązany z wieloma warunkami.

Naukowcy opracowali nową platformę wykrywania, aby poprawić czułość i selektywność czujnika. Użyli apoferrytyny, które są białkami z pustymi strukturami nanokapsułkowymi, do kapsułkowania drobnych cząstek nanokatalizatora. Kapsułkowane katalizatory dodano do pierwotnie wyczuwalnej nanowłókien, która jest wykonana z półprzewodnikowego tlenku metalu.

Zespół zastosował metodę zwaną "elektroprzędzeniem", w której roztwór zawierający nanocząsteczki katalizatora, sole metali i polimer matrycowy jest wstrzykiwany na powierzchnię pod wysokonapięciowymi polami elektrycznymi w celu wytworzenia jednowymiarowych nanowłókien. Następnie w procesie wysokotemperaturowym uzyskuje się spójne nanowłókna o dużych powierzchniach i porach oraz katalizatory równomiernie rozmieszczone wzdłuż nanowłókien półprzewodnikowych z tlenków metali.

Czujniki zawierające nanowłókna tlenku metalu obciążone katalizatorem były bardzo czułe, wykrywając biomarkery o stężeniu jednej części na milion w wydychanym powietrzu w ciągu 10 do 50 sekund. Naukowcy przypisują tę zwiększoną wrażliwość na zwiększoną powierzchnię dostępną dla reakcji pomiędzy cząsteczką docelową i czujnikiem. Czujniki były również wysoce selektywne. Nanowłókna reagowały głównie z docelowym biomarkerem dzięki katalizatorom ze stopu zawierającym dwa rodzaje metali, a nie tylko jeden typ. Te katalizatory z unikalnymi kombinacjami metali mogą pomóc w tworzeniu "bibliotek detekcyjnych" dla różnych biomarkerów.

Zespół stworzył mobilną platformę czujników, która może analizować wydychane cząsteczki oddechu zebrane w torebce do pobierania próbek gazu, a następnie wysyłać wyniki na smartfon. Pozostaje jeszcze kilka kwestii, zanim w pełni wdrożone zostaną platformy oparte na oddechu, takie jak rozróżnienie dwóch zaburzeń, które mają wspólny biomarker.

Wyniki tego badania zostały wybrane jako przedni okładkowy artykuł z lipca 2017 r. Na koncie Accounts of Chemical Research oraz wydanie Advanced Materials z września 2017 r.

menu
menu