Meget følsom dopamindetektor bruger 2-D materialer

En superfølsom dopamindetektor kan hjælpe med tidlig diagnosticering af flere lidelser, der resulterer i for meget eller for lidt dopamin, ifølge en gruppe ledet af Penn State og inklusive Rensselaer Polytechnic Institute og universiteter i Kina og Japan.

Dopamin er en vigtig neurotransmitter, der kan bruges til at diagnosticere lidelser såsom Parkinsons sygdom, Alzheimers sygdom og skizofreni.

"Hvis du kan udvikle en meget følsom, men alligevel nem at bruge og bærbar, detektor, der kan identificere en bred vifte af dopaminkoncentrationer, for eksempel i sved, som kunne hjælpe med ikke-invasiv overvågning af et individs helbred, " sagde Aida Ebrahimi, adjunkt i elektroteknik, Penn State, og en tilsvarende forfatter på et papir udgivet 7. august i Videnskabens fremskridt .

Deres arbejde viser, at ved at tilsætte en lille mængde mangan til et todimensionelt lagdelt materiale kaldet molybdændisulfid, de kan forbedre følsomheden i mange størrelsesordener sammenlignet med andre rapporterede resultater, samtidig med at de opnår høj specificitet. Vigtigt, deres detektor er billig og fleksibel, og kan detektere dopamin i baggrundsmedier inklusive buffer, serum og sved, og i realtid.

"Med hensyn til vores metode, elektrokemisk aflejring er en ny måde at deponere disse kemikalier på, som er meget enkel og skalerbar, " sagde Mauricio Terrones, Verne M. Willaman professor i fysik, Materialevidenskab og kemi og den anden tilsvarende forfatter. "Luftvåbnet er interesseret i disse neurotransmittere, der er skabere af stress. Jeg forestiller mig dette som en bærbar sensor."

Humberto Terrones og hans gruppe, hos RPI, udførte den beregningsmæssige undersøgelse, der gjorde det muligt for dem at forklare, hvordan tilsætning af mangan resulterer i en forbedret respons på dopamin. Det eksperimentelle arbejde blev udført inden for Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings (ATOMIC) i Penn State.

"At kombinere de eksperimentelle resultater med beregningsstudier viste sig at være meget indsigtsfuld, og jeg tror, ​​vi alle lærte meget mere gennem dette projekt på grund af det, " sagde Derrick Butler, en co-lead forfatter på papiret og ph.d.-studerende ved Penn State. "At udvikle disse materialer og anvende dem på en måde, der kan forbedre andres sundhed og velvære, gør arbejdet særligt behageligt og givende."

Hans medforfatter, doktorgradskandidat Yu Lei, tilføjet, "En udfordring er at udvikle en skalerbar metode til at bygge bro mellem grundlæggende undersøgelser og praktiske anvendelser. Vores metode er baseret på elektroaflejring, som har været meget brugt i industrien, giver således en skalerbar rute til at funktionalisere MoS2 på en skalerbar måde. Også, Jeg tror på, at dette tværfaglige team er nøglen til at finde den rigtige måde at funktionalisere MoS på ₂ til ultrafølsom dopamindetektion."

I det videre arbejde, gruppen håber at finde andre materialekombinationer til at detektere en række andre biomarkører med specificiteten af ​​deres nuværende sensor. At skabe et sådant "værktøjssæt", der kombinerer eksperimentelle undersøgelser med beregningsmetoder, vil føre til nye materialer med multifunktionelle muligheder. Dette kan være nyttigt ud over menneskers sundhed, for eksempel, til påvisning af skadelige gasser, vandforurening eller bioforsvarsmidler.

"I fremtiden, vi kan forestille os en kombineret sensor/aktuator, der kan detektere dopaminen og give terapi på samme tid. Sensorerne kan integreres med miniaturiserede chips til integration af sensing, aktivering, kontrol og databehandling, " sagde Ebrahimi.