Wydychany oddech zawiera chemiczne wskazówki dotyczące tego, co dzieje się w organizmie, w tym chorób takich jak rak płuc. Opracowanie sposobów wykrywania tych związków może pomóc lekarzom w stawianiu wczesnych diagnoz i poprawiać perspektywy pacjentów. W badaniu w Czujniki ACSnaukowcy donoszą o opracowaniu ultraczułych czujników w nanoskali, które w testach na małą skalę wykazały kluczową zmianę w chemii oddechu osób chorych na raka płuc. Listopad jest miesiącem świadomości raka płuc.
Ludzie wydychają wiele gazów, takich jak para wodna i dwutlenek węgla, a także inne związki unoszące się w powietrzu. Naukowcy ustalili, że spadek poziomu jednej wydychanej substancji chemicznej – izoprenu – może wskazywać na obecność raka płuc. Aby jednak wykryć tak małe przesunięcia, czujnik musiałby być bardzo czuły i zdolny do wykrywania poziomów izoprenu w zakresie części na miliard (ppb). Musiałby także odróżnić izopren od innych lotnych substancji chemicznych i wytrzymać naturalną wilgotność powietrza. Poprzednie próby zaprojektowania czujników gazów o takich właściwościach koncentrowały się na tlenkach metali, w tym na jednym szczególnie obiecującym związku wykonanym z tlenku indu. Zespół kierowany przez Pingwei Liu i Qingyue Wangset miał udoskonalić czujniki na bazie tlenku indu, aby wykrywać izopren na poziomie, na którym naturalnie występuje on w wydychanym powietrzu.
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 wykazała, że nanoklastry Pt równomiernie zakotwiczone w nanopłatkach katalizują aktywację wykrywania izoprenu, co prowadzi do ultraczułych wyników.
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 chorowało na 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.
