這些納米片通過(guò)感應(yīng)呼吸化學(xué)的變化顯示出檢測(cè)肺癌的前景。圖片來(lái)源：改編自 ACS Sensors 2024，DOI：10.1021/acssensors.4c01298

呼出的氣息包含了解體內(nèi)情況的化學(xué)線索，包括肺癌等疾病。設(shè)計(jì)檢測(cè)這些化合物的方法可以幫助醫(yī)生提供早期診斷，并改善患者的前景。在 ACS Sensors 上的一項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)告開(kāi)發(fā)了超靈敏的納米級(jí)傳感器，該傳感器在小規(guī)模測(cè)試中區(qū)分了肺癌患者呼吸化學(xué)的關(guān)鍵變化。11 月是肺癌宣傳月。

人們呼出許多氣體，例如水蒸氣和二氧化碳，以及其他空氣中的化合物。研究人員已經(jīng)確定，一種呼出的化學(xué)物質(zhì)——異戊二烯——的下降可能表明肺癌的存在。然而，要檢測(cè)如此小的偏移，傳感器需要高度靈敏，能夠檢測(cè)十億分之一 （ppb） 范圍內(nèi)的異戊二烯水平。它還需要將異戊二烯與其他揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)，并承受呼吸的自然濕度。

以前設(shè)計(jì)具有此類特性的氣體傳感器的嘗試主要集中在金屬氧化物上，包括一種由氧化銦制成的特別有前途的化合物。由 Pingwei Liu 和 Qingyue Wang 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)著手改進(jìn)基于氧化銦的傳感器，以檢測(cè)呼吸中自然存在的異戊二烯水平。

研究人員開(kāi)發(fā)了一系列氧化銦 （III） （In2O3） 的納米片傳感器。在實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)了一種類型，他們稱之為 Pt@InNiOx對(duì)于它所含的鉑 （Pt）、銦 （In） 和鎳 （Ni），表現(xiàn)最好。這些Pt@InNiOx傳感器：

• 檢測(cè)到低至 2 ppb 的異戊二烯水平，靈敏度遠(yuǎn)高于早期傳感器。

• 對(duì)異戊二烯的反應(yīng)比呼吸中常見(jiàn)的其他揮發(fā)性化合物更強(qiáng)。

• 在 9 次模擬使用中始終如一地執(zhí)行。

更重要的是，作者對(duì)納米薄片結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)的實(shí)時(shí)分析表明，均勻錨定在納米薄片上的 Pt 納米簇催化了異戊二烯感應(yīng)的激活，從而實(shí)現(xiàn)了超靈敏的性能。

最后，為了展示這些傳感器的潛在醫(yī)療用途，研究人員采用了 Pt@InNiOx納米薄片制成便攜式傳感設(shè)備。在這個(gè)設(shè)備中，他們引入了早些時(shí)候從 13 人那里收集的呼吸，其中 <> 人患有肺癌。

該設(shè)備在癌癥參與者的樣本中檢測(cè)到異戊二烯水平低于 40 ppb，在未患癌癥參與者的樣本中檢測(cè)到異戊二烯水平超過(guò) 60 ppb。研究人員說(shuō)，這種傳感技術(shù)可以為無(wú)創(chuàng)肺癌篩查提供突破，并有可能改善結(jié)果，甚至挽救生命。