Ultragevoelige sensoren op nanoschaal kunnen longkanker identificeren via uitgeademd isopreen

Uitgeademde lucht bevat chemische aanwijzingen voor wat er in het lichaam gebeurt, inclusief ziekten zoals longkanker. En het bedenken van manieren om deze verbindingen waar te nemen, zou artsen kunnen helpen vroege diagnoses te stellen en de vooruitzichten van patiënten te verbeteren. In een studie in ACS-sensorenonderzoekers rapport het ontwikkelen van ultragevoelige sensoren op nanoschaal die in kleinschalige tests een belangrijke verandering in de chemie van de adem van mensen met longkanker konden onderscheiden. November is de maand van de bewustwording van longkanker.

Mensen ademen veel gassen uit, zoals waterdamp en kooldioxide, evenals andere stoffen in de lucht. Onderzoekers hebben vastgesteld dat een afname van één uitgeademde chemische stof, isopreen, kan duiden op de aanwezigheid van longkanker. Om dergelijke kleine verschuivingen te detecteren, zou een sensor echter zeer gevoelig moeten zijn en in staat isopreenniveaus in het bereik van delen per miljard (ppb) te detecteren. Het zou ook isopreen moeten onderscheiden van andere vluchtige chemicaliën en bestand moeten zijn tegen de natuurlijke vochtigheid van de adem.

Eerdere pogingen om gassensoren met dergelijke eigenschappen te ontwikkelen, waren gericht op metaaloxiden, waaronder een bijzonder veelbelovende verbinding gemaakt met indiumoxide. Een team onder leiding van Pingwei Liu en Qingyue Wang wilde op indiumoxide gebaseerde sensoren verfijnen om isopreen te detecteren op het niveau waarop het van nature in de adem voorkomt.

De onderzoekers ontwikkelden een serie indium(III)oxide (In₂O₃)-gebaseerde nanoflake-sensoren. In experimenten vonden ze één type, dat ze Pt@InNiO noemden_X voor het platina (Pt), indium (In) en nikkel (Ni) dat het bevat, presteerden het het beste. Deze Pt@InNiO_X sensoren:

• Gedetecteerde isopreenniveaus zo laag als 2 ppb, een gevoeligheid die eerdere sensoren ver overtrof.
• Reageerde beter op isopreen dan andere vluchtige verbindingen die gewoonlijk in de adem worden aangetroffen.
• Consequent uitgevoerd tijdens negen gesimuleerde toepassingen.

Belangrijker nog is dat de real-time analyse van de structuur en de elektrochemische eigenschappen van de nanovlokken aan het licht bracht dat Pt-nanoclusters die uniform op de nanovlokken waren verankerd de activering van isopreendetectie katalyseerden, wat leidde tot de ultragevoelige prestaties.

Om het potentiële medische gebruik van deze sensoren te demonstreren, hebben de onderzoekers ten slotte de Pt@InNiO ingebouwd_X nanovlokken in een draagbaar sensorapparaat. In dit apparaat brachten ze de adem in die eerder was verzameld bij dertien mensen, van wie er vijf longkanker hadden.

Het apparaat detecteerde isopreenniveaus lager dan 40 ppb in monsters van deelnemers met kanker en meer dan 60 ppb van kankervrije deelnemers. Deze sensortechnologie zou een doorbraak kunnen betekenen in de niet-invasieve screening op longkanker en heeft het potentieel om de resultaten te verbeteren en zelfs levens te redden, zeggen de onderzoekers.