Draagbare chemische sensor is zo goed als goud – BIOENGINEER.ORG

Onderzoekers creëerden een speciale ultradunne sensor, gesponnen uit goud, die direct op de huid kan worden bevestigd zonder irritatie of ongemak. De sensor kan verschillende biomarkers of stoffen meten om chemische analyses op het lichaam uit te voeren. Het werkt met behulp van een techniek genaamd Raman-spectroscopie, waarbij laserlicht dat op de sensor is gericht, enigszins wordt gewijzigd, afhankelijk van de chemicaliën die op dat moment op de huid aanwezig zijn. De sensor kan nauwkeurig worden afgesteld om extreem gevoelig te zijn en is robuust genoeg voor praktisch gebruik.

Krediet: © 2022 Goda et al.

Onderzoekers creëerden een speciale ultradunne sensor, gesponnen uit goud, die direct op de huid kan worden bevestigd zonder irritatie of ongemak. De sensor kan verschillende biomarkers of stoffen meten om chemische analyses op het lichaam uit te voeren. Het werkt met behulp van een techniek genaamd Raman-spectroscopie, waarbij laserlicht dat op de sensor is gericht, enigszins wordt gewijzigd, afhankelijk van de chemicaliën die op dat moment op de huid aanwezig zijn. De sensor kan nauwkeurig worden afgesteld om extreem gevoelig te zijn en is robuust genoeg voor praktisch gebruik.

Draagbare technologie is niets nieuws. Misschien draagt ​​u of iemand die u kent een smartwatch. Veel van deze kunnen bepaalde gezondheidskwesties zoals de hartslag volgen, maar momenteel kunnen ze geen chemische handtekeningen meten die nuttig zouden kunnen zijn voor medische diagnoses. Smartwatches of meer gespecialiseerde medische monitoren zijn ook relatief omvangrijk en vaak vrij duur. Naar aanleiding van dergelijke tekortkomingen zocht een team bestaande uit onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Tokio een nieuwe manier om verschillende gezondheidsproblemen en milieukwesties op een niet-invasieve en kosteneffectieve manier te detecteren.

“Een paar jaar geleden kwam ik een fascinerende methode tegen voor het produceren van robuuste rekbare elektronische componenten van een andere onderzoeksgroep aan de Universiteit van Tokio”, zegt Limei Liu, een gastonderzoeker ten tijde van de studie en momenteel een docent aan de Yangzhou University in China. “Deze apparaten zijn gesponnen van ultrafijne draden bedekt met goud, dus kunnen zonder problemen op de huid worden bevestigd, omdat goud op geen enkele manier reageert met de huid of deze op geen enkele manier irriteert. Als sensoren waren ze echter beperkt tot het detecteren van beweging, en we waren op zoek naar iets dat chemische handtekeningen, biomarkers en medicijnen kon detecteren. Dus bouwden we voort op dit idee en creëerden we een niet-invasieve sensor die onze verwachtingen overtrof en ons inspireerde om manieren te onderzoeken om de functionaliteit ervan nog verder te verbeteren.”

Het hoofdbestanddeel van de sensor is het fijne gouden gaas, omdat goud niet-reactief is, wat betekent dat wanneer het in contact komt met een stof die het team wil meten – bijvoorbeeld een mogelijke biomarker voor ziekten die aanwezig is in zweet – het die stof niet chemisch verandert . Maar in plaats daarvan, omdat het gouden gaas zo fijn is, kan het een verrassend groot oppervlak bieden voor die biomarker om zich aan te binden, en dit is waar de andere componenten van de sensor binnenkomen. Als een laser met laag vermogen op het gouden gaas wordt gericht, wordt een deel van het laserlicht geabsorbeerd en een deel gereflecteerd. Van het gereflecteerde licht heeft het meeste dezelfde energie als het invallende licht. Een deel van het invallende licht verliest echter energie aan de biomarker of een andere meetbare stof, en het verschil in energie tussen gereflecteerd en invallend licht is uniek voor de stof in kwestie. Een sensor, een spectrometer genaamd, kan deze unieke energievingerafdruk gebruiken om de stof te identificeren. Deze methode van chemische identificatie staat bekend als Raman-spectroscopie.

“Momenteel moeten onze sensoren nauwkeurig worden afgesteld om specifieke stoffen te detecteren, en we willen in de toekomst zowel de gevoeligheid als de specificiteit nog verder opdrijven”, zegt assistent-professor Tinghui Xiao. “Hiermee denken we dat toepassingen zoals glucosemonitoring, ideaal voor diabetespatiënten, of zelfs virusdetectie mogelijk zijn.”

“De sensor kan ook werken met andere methoden van chemische analyse dan Raman-spectroscopie, zoals elektrochemische analyse, maar al deze ideeën vereisen veel meer onderzoek”, zegt professor Keisuke Goda. “Ik hoop in ieder geval dat dit onderzoek kan leiden tot een nieuwe generatie goedkope biosensoren die een revolutie teweeg kunnen brengen in de gezondheidsmonitoring en de financiële last van de gezondheidszorg kunnen verminderen.”

###

Tijdschriftartikel: Limei Liu, Pablo Martinez Pancorbo, Ting-Hui Xiao, Saya Noguchi, Machiko Marumi, Hiroki Segawa, Siddhant Karhadkar, Julia Gala de Pablo, Kotaro Hiramatsu, Tamitake Itoh, Junle Qu, Kuniharu Takei, Keisuke Goda, Zeer schaalbare, draagbare Raman-spectroscopie met verbeterde oppervlakte, geavanceerde optische materialen. https://doi.org/10.1002/adom.202200054

Financiering: Dit onderzoek werd ondersteund door MEXT Quantum Leap Flagship Program (JPMXS0120330644), JSPS KAKENHI (JP18K13798, JP20K14785), JSPS Core-to-Core Program, KISTEC, Murata Science Foundation, White Rock Foundation, University of Tokyo GAP Fund en IPC . PMP erkent financiële steun van de Grant-in-Aid voor JSPS Fellows (P20789). JGP erkent financiële steun van de JSPS Grant-in-Aid for Young Scientists (20K15227) en de Grant-in-Aid voor JSPS Fellows (19F19805).

Belangenconflict: KG is een aandeelhouder van CYBO, Cupido en LucasLand. THX, LL, KH en KG hebben een patent aangevraagd voor de gouden nanomesh-sensor.

Handige links:

Afdeling Chemie – https://www.chem.su-tokyo.ac.jp/en

Graduate School of Science – https://www.su-tokyo.ac.jp/en/

Goda Lab – http://www.goda.chem.su-tokyo.ac.jp

Contactpersoon onderzoek:
Professor Keisuke Goda
Afdeling Scheikunde, De Universiteit van Tokyo,
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokio, 113-0033, Japan
[email protected]

Perscontact:
De heer Rohan Mehra
Public Relations Group, de Universiteit van Tokio,
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokio, 113-8656, Japan
[email protected]

Over de Universiteit van Tokio
De Universiteit van Tokyo is de toonaangevende universiteit van Japan en een van ‘s werelds beste onderzoeksuniversiteiten. De enorme onderzoeksoutput van zo’n 6.000 onderzoekers wordt gepubliceerd in ‘s werelds toptijdschriften op het gebied van kunst en wetenschappen. Ons levendige studentenbestand van ongeveer 15.000 niet-gegradueerde en 15.000 afgestudeerde studenten omvat meer dan 4.000 internationale studenten. Lees meer op www.u-tokyo.ac.jp/en/ of volg ons op Twitter op @UTokyo_News_en.


Leave a Comment