Ученые разработали трехмерный «каркас» наночастиц. Он сможет обнаруживать даже очень низкую концентрацию растворенных молекул в воздухе. Это большой шаг вперед к измерению биомаркеров — крошечных молекул, которые играют роль в развитии болезней — в дыхании человека.

Каркас включает уникальные комбинации металлических и полупроводниковых наночастиц. Каждая из них в тысячи раз меньше человеческого волоса, которые могут быть встроены в сверхмалые сенсоры. Затем эти датчики могут быть интегрированы в простые и небольшие карманные средства диагностики. При обнаружении риска заболевания устройства будут предупреждать пользователя об опасности и побуждать его как можно скорее обратиться за медицинской помощью и сделать дополнительные анализы.

Сегодняшние оптические датчики используют чувствительные материалы, которые меняют свой цвет, когда они подвергаются воздействию высокой концентрации биомаркеров, захваченных в жидкой среде. Например, анализ мочи в тесте на беременность или крови для хронических заболеваний. Предыдущие исследования показали, что биомаркеры, указывающие на серьезные заболевания, такие как диабет и рак, можно найти в дыхании. Однако их концентрация очень низка, и современные оптические датчики не могут их измерить. Есть надежда, что разработанные сверхчувствительные материалы помогут людям избежать развития хронических заболеваний, повысят выживаемость пациентов и значительно сократят связанные с этим расходы в системах здравоохранения. Это также может помочь устранить необходимость в инвазивных процедурах тестирования, таких как анализы крови.

Впечатление художника от каркаса 3D наночастиц, состоящего из металлических наночастиц (желтого цвета), встроенных в полупроводниковые наночастицы (Австралийский национальный университет)

Люди с семейным анамнезом хронических заболеваний могут использовать датчики, которые настроены для проверки конкретных заболеваний.

«В дыхании хорошо то, что оно полно биомаркеров, которые могут помочь нам обнаружить хронические заболевания, но их концентрация в газовых средах очень мала, — объясняет доцент Мохсен Рахмани, соавтор исследования. — Проблема до сих пор заключалась в отсутствии надежного детектора. Однако наш новый материал мог бы обнаруживать низкую концентрацию биомаркеров, свободно перемещающихся в этих средах. Нашему чувствительному материалу не потребуются батареи, провода или большое и дорогое лабораторное оборудование. Это открывает дорогу для следующего поколения карманных датчиков, которые могут быстро и надежно диагностировать болезнь на очень ранних стадиях».

В журнале Advanced Materials опубликовано исследование, демонстрирующее разработку сверхчувствительных трехмерных наноструктур.