Nanotube scheidingstechniek bevordert precieze sensoren voor continue gezondheidsbewaking

Onderzoekers van de Universiteit van Turku, Finland, zijn erin geslaagd sensoren te produceren van koolstofnanobuisjes met één muur die grote vooruitgang in de gezondheidszorg mogelijk kunnen maken, zoals continue gezondheidsmonitoring. Koolstofnanobuisjes met één muur zijn nanomateriaal bestaande uit een enkele atoomlaag van grafeen.

Een langdurige uitdaging bij het ontwikkelen van het materiaal is dat het productieproces van nanobuis een mix van geleidende en semi-conditieve nanobuisjes produceert die verschillen in hun chiraliteit, dat wil zeggen, in de manier waarop het grafeenplaat wordt gerold om de cilindrische structuur van de nanobuis te vormen. De elektrische en chemische eigenschappen van nanobuisjes zijn grotendeels afhankelijk van hun chiraliteit.

Han Li, collegiumonderzoeker in materiaaltechniek aan de Universiteit van Turku, heeft methoden ontwikkeld om nanobuisjes te scheiden met verschillende chiraliteit. In de huidige studie, gepubliceerd in Fysische chemische chemische fysicade onderzoekers slaagden erin om onderscheid te maken tussen twee koolstofnanobuisjes met zeer vergelijkbare chiraliteit en het identificeren van hun typische elektrochemische eigenschappen.

“Hoewel het verschil in de chiraliteit van de nanobuisjes zeer klein is, zijn hun eigenschappen heel anders,” Zegt promovendus Ju-Yeon Seo.

Nauwkeurigheid en gevoeligheid voor sensoren

Door de koolstofnanobuisjes te zuiveren en te scheiden, konden de onderzoekers hun verschillen als sensorkaterialen testen.

Nanobuisjes worden vaak gebruikt om hybride sensoren te maken door ze te combineren met een andere oppervlakteactieve stof, maar in deze studie werd de sensor volledig gemaakt van nanobuisjes.

Bovendien bereikten de onderzoekers precieze controle over de concentratie van nanobuisjes zodat de verschillende chiraliteiten konden worden vergeleken.

De onderzoekers ontdekten onder andere dat het ene type nanobuis (6.5) efficiënter leek te zijn dan het andere (6.6) bij het adsorberen van dopamine. Adsorptie verwijst naar het vermogen van een materiaal om atomen of moleculen aan het oppervlak te binden. De adsorptiecapaciteit van het materiaal is vooral belangrijk wanneer de concentraties van de teststoffen erg laag zijn.

“Het resultaat is belangrijk omdat door de eigenschappen van koolstofnanobuisjes nauwkeurig te kunnen regelen, we het vermogen van het sensormateriaal kunnen verfijnen om veranderingen in specifieke stoffen te detecteren,” Zegt promovendus SEO.

Huidige sensoren maken bijvoorbeeld de meting van de bloedglucosespiegels in het lichaam mogelijk. Aan de Universiteit van Turku is het doel van de onderzoekers om meer accurate en gevoelige sensorkaterialen te ontwikkelen die kunnen worden gebruikt om aanzienlijk lagere concentraties te detecteren.

“De moleculen waarin we geïnteresseerd zijn, zoals vrouwelijke hormonen, zijn aanwezig in het lichaam in concentraties die miljoenen keren lager zijn dan glucose. Om hormoonschommelingen te bestuderen, moet de nauwkeurigheid van biosensoren aanzienlijk worden verbeterd,” Zegt universitair hoofddocent materiaaltechniek Emilia Peltola.

De recente resultaten zijn de eerste demonstratie dat de elektrochemische respons van de sensor wordt beïnvloed door chiraliteit. In verder onderzoek kunnen computermodellen worden gebruikt om de beste chiraliteit te vinden voor elk molecuul dat wordt gemeten.

De materialen in de gezondheidstechnologiegroep aan de Universiteit van Turku richt zich op het begrijpen van de implantaatoppervlakken van verschillende materialen in biomedische toepassingen. Een van de belangrijkste focusgebieden is het ontwikkelen van sensortechnologieën voor gezondheidszorg. De onderzoeksgroep ontwikkelt sensorgematerialen die gevoeliger en nauwkeuriger zijn dan die momenteel beschikbaar zijn en die hun functionaliteit in een biologische omgeving zouden behouden.