W nowym badaniu naukowcy opracowali nanomateriały, które mogą zostać wykorzystane do tworzenia bardziej precyzyjnych sensorów dla medycyny. Na przykład poziomy hormonów żeńskich w organizmie są tak niskie, że do wykrycia ich wahań potrzebne są niezwykle czułe czujniki.
W przyszłości nanorurki węglowe mogą umożliwić znaczące postępy w dziedzinie ochrony zdrowia, w tym w ciągłym monitorowaniu stanu pacjenta.
Naukowcom z Uniwersytetu w Turku w Finlandii udało się opracować sensory z nanorurek węglowych jednowarstowych, które nadają się do tego celu. Nanorurki węglowe jednowarstwowe to nanomateriały składające się z pojedynczej warstwy atomów grafenu.
Jednym z głównych wyzwań w ich opracowywaniu był fakt, że proces produkcji nanorurek generuje mieszaninę nanorurek przewodzących i półprzewodzących, które różnią się chiralnością, czyli sposobem, w jaki arkusz grafenu jest zwinięty w cylindryczną strukturę nanorurki. Właściwości elektryczne i chemiczne nanorurek w dużej mierze zależą właśnie od ich chiralności.
Han Li, badacz z Uniwersytetu w Turku specjalizujący się w inżynierii materiałowej, opracował metody separacji nanorurek o różnych chiralnościach. W najnowszym badaniu naukowcom udało się odróżnić dwie nanorurki węglowe o bardzo podobnej chiralności i określić ich charakterystyczne właściwości elektrochemiczne.
„Chociaż różnica w chiralności nanorurek jest minimalna, ich właściwości są diametralnie różne” – mówi doktorant Ju-Yeon Seo.
Precyzja i czułość sensorów
Dzięki oczyszczeniu i selekcji nanorurek węglowych naukowcy mogli porównać ich właściwości jako materiałów sensorycznych.
Nanorurki często stosuje się do tworzenia sensorów hybrydowych, łącząc je z innymi substancjami powierzchniowo czynnymi, ale w tym badaniu czujnik został wykonany wyłącznie z nanorurek.
Dodatkowo badacze precyzyjnie kontrolowali stężenie nanorurek, aby porównać różne chiralności.
Wśród innych odkryć zauważyli, że jeden typ nanorurki (6,5) był bardziej skuteczny w adsorpcji dopaminy niż inny typ (6,6). Adsorpcja oznacza zdolność materiału do wiązania atomów lub cząsteczek na swojej powierzchni, co jest kluczowe, gdy testowane substancje występują w bardzo niskich stężeniach.
„To odkrycie ma duże znaczenie, ponieważ umożliwiając precyzyjną kontrolę właściwości nanorurek węglowych, możemy dostosować zdolność materiału sensorowego do wykrywania zmian w określonych substancjach” – mówi doktorant Seo.
Obecnie stosowane sensory pozwalają na pomiar poziomu glukozy we krwi. Celem naukowców z Uniwersytetu w Turku jest opracowanie bardziej precyzyjnych i czułych materiałów sensorycznych, które umożliwią detekcję znacznie niższych stężeń substancji.
„Cząsteczki, którymi jesteśmy zainteresowani, takie jak hormony żeńskie, występują w organizmie w stężeniach miliony razy niższych niż glukoza. Aby analizować ich wahania, precyzja biosensorów musi zostać znacząco poprawiona” – wyjaśnia profesor nadzwyczajna inżynierii materiałowej Emilia Peltola.
Ostatnie wyniki badań stanowią pierwszą demonstrację wpływu chiralności na odpowiedź elektrochemiczną sensora. W przyszłości modele komputerowe mogą pomóc w doborze najlepszej chiralności dla każdej badanej cząsteczki.
Zespół Materiałów w Technologii Zdrowotnej Uniwersytetu w Turku skupia się na analizie powierzchni implantów i biomateriałów. Jednym z głównych obszarów ich badań jest rozwój technologii sensorowych dla medycyny. Naukowcy pracują nad materiałami sensorowymi, które będą bardziej czułe i precyzyjne niż obecnie dostępne oraz będą zachowywać swoją funkcjonalność w środowisku biologicznym.
Źródło: Physical Chemistry Chemical Physics
DOI: 10.1039/D4CP04206A
