Wykrycie raka płuc we wczesnym stadium może stać się łatwiejsze dzięki innowacyjnemu podejściu polegającemu na analizie wydychanego powietrza.
Naukowcy opracowali ultraczuły nanoskala czujnik zdolny do wykrywania poziomu izoprenu w wydychanym powietrzu, biomarkera raka płuc. Dzięki zastosowaniu nanoklastrów na bazie platyny czujnik Pt@InNiOx osiągnął wysoką czułość z progiem detekcji wynoszącym zaledwie 2 części na miliard, przewyższając poprzednie czujniki.
Wydech jako narzędzie diagnostyczne
Wydychany oddech zawiera cenne wskazówki chemiczne na temat naszego zdrowia, w tym wskaźniki chorób takich jak rak płuc. Opracowanie sposobów wykrywania tych związków mogłoby umożliwić lekarzom stawianie wcześniejszych diagnoz i poprawę wyników leczenia pacjentów.
W badaniu opublikowanym dzisiaj (6 listopada) w Czujniki ACSbadacze opisują stworzenie ultraczułych czujników w nanoskali, które we wstępnych testach z powodzeniem zidentyfikowały kluczową zmianę chemiczną w oddechu osób chorych na raka płuc. Wyniki badania pojawiają się w samą porę, ponieważ w listopadzie przypada Miesiąc Świadomości Raka Płuc.
Gazy oddechowe i ich potencjał diagnostyczny
Kiedy wydychamy, uwalniamy różne gazy, w tym parę wodną, dwutlenek węgla i inne związki unoszące się w powietrzu. Wśród nich naukowcy odkryli, że obniżony poziom określonej substancji chemicznej, izoprenu, może sygnalizować raka płuc.
Wykrywanie tych małych zmian wymaga bardzo czułych czujników zdolnych mierzyć poziomy izoprenu w zakresie części na miliard (ppb). Ponadto czujniki te muszą odróżniać izopren od innych lotnych substancji chemicznych w wydychanym powietrzu i wytrzymywać naturalną wilgotność.
Wcześniejsze wysiłki zmierzające do stworzenia takich czujników skupiały się na tlenkach metali, zwłaszcza na obiecującym związku wykonanym z tlenku indu. Mając to na uwadze, zespół badawczy kierowany przez Pingwei Liu i Qingyue Wang miał na celu udoskonalenie czujników na bazie tlenku indu, aby wykrywać izopren na poziomach naturalnie występujących w wydychanym powietrzu.
Zwiększanie czułości czujnika za pomocą tlenku indu
Naukowcy opracowali serię tlenku indu(III) (In2O3czujniki nanopłatkowe oparte na ). W eksperymentach odkryli jeden typ, który nazwali Pt@InNiOX w przypadku platyny (Pt), indu (In) i niklu (Ni), które zawiera, wypadły najlepiej. Te Pt@InNiOX czujniki:
- Wykryto poziomy izoprenu na poziomie zaledwie 2 ppb, co stanowi czułość znacznie przewyższającą wcześniejsze czujniki.
- Reagował na izopren bardziej niż na inne lotne związki powszechnie występujące w wydychanym powietrzu.
- Wykonywane konsekwentnie podczas dziewięciu symulowanych zastosowań.
Co ważniejsze, przeprowadzona w czasie rzeczywistym analiza struktury nanopłatków i właściwości elektrochemicznych autorów wykazała, że nanoklastry Pt równomiernie zakotwiczone w nanopłatkach katalizują aktywację wykrywania izoprenu, co prowadzi do ultraczułych wyników.
Rozwój urządzeń przenośnych do testowania w świecie rzeczywistym
Na koniec, aby zaprezentować potencjalne zastosowanie medyczne tych czujników, naukowcy zastosowali Pt@InNiOX nanopłatki w przenośne urządzenie czujnikowe. Do tego urządzenia wprowadzono oddech pobrany wcześniej od 13 osób, z których pięć miało raka płuc. Urządzenie wykryło poziom izoprenu niższy niż 40 ppb w próbkach od uczestników chorych na raka i ponad 60 ppb od uczestników wolnych od raka. Naukowcy twierdzą, że ta technologia wykrywania może stanowić przełom w nieinwazyjnych badaniach przesiewowych w kierunku raka płuc i może poprawić wyniki, a nawet uratować życie.
Odniesienie: „Ultraczułe nanopłatki na bazie In2O3 do diagnostyki raka płuc i mechanizmu wyczuwania badanego metodą spektroskopii Operando” 6 listopada 2024 r., Czujniki ACS.
DOI: 10.1021/acssensors.4c01298
Autorzy dziękują za finansowanie Chińskiej Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych, Państwowego Kluczowego Laboratorium Inżynierii Chemicznej w Chinach, Państwowego Kluczowego Laboratorium Izolacji Elektrycznej i Sprzętu Energetycznego, Instytutu Zaawansowanych Materiałów i Inżynierii Chemicznej Shanxi-Zheda, Krajowego Kluczowego Instytutu Badań i Rozwoju Program Chińskich Młodych Naukowców, Fundusze Badawcze Instytutu Uniwersytetu Zhejiang w Quzhou oraz Program Naukowo-Technologiczny Instytutu Uniwersytetu Zhejiang w Quzhou.
