Bioelektronisk chip registrerer vitamin C og D i spyt på under 20 minutter

Forskere ved University of São Paulo (USP) i Brasilien har udviklet en bioelektronisk chip, der samtidig registrerer C- og D-vitamin i kropsvæsker. Den er fleksibel og let at se og kan tilpasses til brug i en bærbar enhed for at hjælpe med en personlig diæt. Detaljer er beskrevet i en artikel offentliggjort i ACS Applied Nano Materials .

Vitamin C og D er mikronæringsstoffer, der spiller en afgørende rolle i immunsystemet som deltagere i de metaboliske veje, der er involveret i bekæmpelse af vira og bakterier. Overvågning af disse vitaminer i organismen kan hjælpe med at sikre, at deres niveauer hverken er mangelfulde eller overdrevne.

Imidlertid kræver de metoder, der i øjeblikket er tilgængelige hertil, dyrt laboratorieudstyr, der betjenes af specialiserede fagfolk. De indebærer indsamling af blodprøver og producerer farligt affald. Det er svært at opdage og analysere begge vitaminer i samme prøve på samme tid.

For at forenkle processen brugte forskere tilknyttet São Carlos Institute of Physics relativt billige ressourcer, såsom kulstof, og hurtige driftsprotokoller til at udvikle en elektrokemisk chip til selvovervågning af vitamin C og D.

Chippen er til engangsbrug og indeholder to sensorer, som hver bruger elektrisk strøm til at detektere et vitamin. I tilfælde af C-vitamin er sensoren lavet af kulstofnanopartikler og fungerer som en elektrokatalysator. D-vitaminsensoren er lavet af grafitisk carbonnitrid og guldnanopartikler kombineret med et lag af 25(OH)D₃ antistoffer. 25(OH)D₃ er den mest udbredte cirkulerende form for D-vitamin på grund af dens lange halveringstid.

Chippen er nem at betjene. Det eneste, brugeren skal gøre, er at tilslutte den til en lille bærbar elektronisk enhed, der ligner et glukometer, indsætte en prøve af spyt eller blodserum og vente på, at den elektriske strøm viser tilstedeværelsen og niveauet af vitaminerne. Resultatet opnås på under 20 minutter.

"Ved at immobilisere elektrokemisk aktive arter på overfladen af ​​en af ​​sensorerne, var vi i stand til at eliminere behovet for etiketter og redoxprober, forenkle enheden og reducere kompleksiteten af ​​analysen," sagde Thiago Serafim Martins, førsteforfatter til artiklen. og i øjeblikket forsker ved Imperial College London i Storbritannien.

"Dette gør chippen potentielt mere praktisk og effektiv, hvilket gør det muligt at bruge den direkte på apoteker, klinikker og så videre. Den er også fleksibel nok til at blive tilpasset til brug som en bærbar enhed, indlejret i en mundbeskytter eller bider og påsat direkte til huden."

Dets selektivitet og specificitet blev bekræftet i kontroleksperimenter designet til at måle potentiel interferens fra andre stoffer, der normalt er til stede i blod- og spytprøver, såsom vitamin B12, B1 og B3, glucose, lactat, natriumchlorid og kaliumchlorid.

Den største udfordring for forskerne med at udvikle en bioelektronisk chip til at detektere vitamin C og D var at sikre, at der ikke ville være krydsreaktioner mellem vitaminer i prøven analyseret af chippen.

"For at løse denne udfordring har vi designet chippen til at have to arbejdsområder eller sensorer med forskellige overfladekemier og konfigureret dem til at fungere ved forskellige elektriske potentialer," forklarede Martins.

Forskerne ser potentiale for at udvide chippens muligheder til at opdage andre biomarkører, herunder dem for flere typer kræft, selvom der først skal udføres mere forskning for at validere sensorerne. Derefter planlægger de at ansøge om et patent og til sidst licensere teknologien til en producent.

Flere oplysninger: Thiago S. Martins et al., Label- og Redox Probe-Free Bioelectronic Chip til overvågning af vitamin C og 25-Hydroxyvitamin D3-metabolitten, ACS-anvendte nanomaterialer (2024). DOI:10.1021/acsanm.3c05701

Leveret af FAPESP