Mxene-antilichaamsensor maakt goedkope, nauwkeurige vitamine D-detectie mogelijk in externe gebieden

Een elektrochemische sensor die is ontworpen om een ​​wereldwijd gezondheidsprobleem aan te pakken dat met name van invloed is op mensen in het Midden -Oosten en Noord -Afrika (MENA), is gecreëerd door een multidisciplinair team bij Kaust. De sensor detecteert lage vitamine D -niveaus in bloedmonsters, waardoor een vroege waarschuwing wordt gebracht voor een essentieel vitaminedekort dat ernstige gevolgen voor de gezondheid kan hebben als ze onbehandeld blijven.

Een paper die dit werk beschrijft, is gepubliceerd in het dagboek Communicatiemateriaal.

“Vitamine D-tekort kan leiden tot brede gezondheidscomplicaties, waaronder hart- en vaatziekten, auto-immuunaandoeningen, neurodegeneratieve ziekten en skeletafwijkingen”, zegt Sharat Chandra Barman, een postdoc in de laboratoria van Husam Alshareef en Dana Alsulaiman, de co-leaders van het project. “Vroege diagnose van vitamine D -tekort is cruciaal.”

Het lichaam maakt vitamine D in de huid wanneer het wordt blootgesteld aan zonlicht, maar in warme gebieden van de wereld minimaliseren mensen vaak hun blootstelling aan de zon.

“Ondanks voldoende zon in Saoedi -Arabië en de MENA -regio, is de prevalentie van vitamine D -tekort alarmerend hoog, waardoor het een kritische en vaak over het hoofd wordt gezien,” zegt Alsulaiman.

Ongeveer 80% van de bevolking van de regio heeft een tekort aan vitamine D en 16% van de mensen in Saoedi -Arabië is ernstig gebrekkig.

Het is moeilijk om de essentiële vitamine te meten bij klinisch relevante concentraties in een bloedmonster.

“De kleine omvang van het molecuul, lage circulerende concentraties in het bloed en de structurele gelijkenis met andere biomoleculen vormen allemaal uitdagingen”, zegt Alsulaiman. Als gevolg hiervan worden vitamine D -testen meestal uitgevoerd op gespecialiseerde apparatuur die alleen beschikbaar is in grote stedelijke centra.

Om een ​​eenvoudig maar nauwkeurig vitamine D -testapparaat voor gebruik te maken, zelfs in externe gezondheidszorgcentra, creëerde het team een ​​nieuwe elektrochemische sensor die MXene 2D -nanomaterialen en vitamine D -selectieve antilichamen combineerde.

“Mxenen hebben verschillende functies die passen bij biosensortoepassingen”, legt Barman uit. “Ze zijn biocompatibel, bezitten een uitstekende elektrische geleidbaarheid en hun oppervlak is bedekt met instelbare chemische groepen die het mogelijk kunnen maken dat verdere apparaatfunctionaliteit kan worden opgenomen.”

Het team gebruikte deze chemische groepen om vitamine D-bindende antilichamen aan het MXene-oppervlak te bevestigen.

“Het combineren van mxenen met antilichamen resulteerde in een zeer gevoelig en zeer selectief materiaal voor vitamine D-detectie van point-of-care,” zegt Barman. Het team kon aantonen dat wanneer de antilichamen op het apparaat gebonden aan vitamine D, de stroom door de biosensor meetbaar viel, met de grootte van de elektrische respons die evenredig zijn met de concentratie van vitamine D in het monster.

De sensor had een vitamine D -detectielimiet van slechts 1 picogram per milliliter monster, met een dynamisch bereik van 0,1 – 500 nanogrammen per milliliter.

“Dit bereik omvat effectief klinisch relevante vitamine D -niveaus, van tekortkoming tot insufficiëntie, toereikendheid en toxiciteitsbereiken,” zegt Barman. “De sensor vertoonde ook een hoge selectiviteit en vertoonde minimale interferentie van niet-doelbiomoleculen zoals glucose, vitamine C en vitamine B12.”

“Onze synergetische combinatie van MXenen en antilichamen stelde ons in staat om een ​​biosensingplatform te ontwikkelen voor vitamine D-deficiëntie dat goedkoop, snel en gedecentraliseerd is-deze vooruitgang van toegankelijke oplossingen voor gezondheidszorg in overeenstemming met de doelen van Saoedi’s visionaire gezondheidssector transformatieprogramma,” zegt Alsulaiman.