Een overgevoelige dopaminedetector kan helpen bij de vroege diagnose van verschillende aandoeningen die leiden tot te veel of te weinig dopamine, volgens een groep onder leiding van Penn State en met inbegrip van het Rensselaer Polytechnic Institute en universiteiten in China en Japan.

Dopamine is een belangrijke neurotransmitter die kan worden gebruikt om aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson, De ziekte van Alzheimer en schizofrenie.

"Als je een zeer gevoelige, maar toch eenvoudig te gebruiken en draagbaar, detector die een breed scala aan dopamineconcentraties kan identificeren, bijvoorbeeld in het zweet, die kunnen helpen bij niet-invasieve monitoring van de gezondheid van een individu, " zei Aida Ebrahimi, universitair docent elektrotechniek, Penn staat, en een corresponderende auteur op een paper gepubliceerd op 7 augustus in wetenschappelijke vooruitgang .

Hun werk laat zien dat door een kleine hoeveelheid mangaan toe te voegen aan een tweedimensionaal gelaagd materiaal genaamd molybdeendisulfide, ze kunnen de gevoeligheid met vele ordes van grootte verbeteren in vergelijking met andere gerapporteerde resultaten, terwijl ook een hoge specificiteit wordt bereikt. belangrijk, hun detector is goedkoop en flexibel, en kan dopamine detecteren in achtergrondmedia, waaronder buffer, serum en zweet, en in realtime.

"Wat onze werkwijze betreft, elektrochemische depositie is een nieuwe manier om deze chemicaliën te deponeren die heel eenvoudig en schaalbaar is, " zei Mauricio Terrones, Verne M. Willaman hoogleraar natuurkunde, Materials Science and Chemistry en de tweede corresponderende auteur. "De luchtmacht is geïnteresseerd in deze neurotransmitters die stress veroorzaken. Ik zie dit als een draagbare sensor."

Humberto Terrones en zijn groep, bij RPI, voerden het computationele onderzoek uit waarmee ze konden verklaren hoe toevoeging van mangaan resulteert in een verbeterde respons op dopamine. Het experimentele werk werd uitgevoerd binnen het Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings (ATOMIC) in Penn State.

"Het combineren van de experimentele resultaten met computationele studies bleek zeer inzichtelijk te zijn, en ik denk dat we daardoor allemaal veel meer hebben geleerd tijdens dit project, " zei Derrick Butler, een co-lead auteur op het papier en promovendus aan Penn State. "Het ontwikkelen van deze materialen en het toepassen ervan op een manier die de gezondheid en het welzijn van anderen kan verbeteren, maakt het werk bijzonder plezierig en lonend."

Zijn mede-hoofdauteur, promovendus Yu Lei, toegevoegd, "Een uitdaging is om een ​​schaalbare methode te ontwikkelen om fundamentele studies en praktische toepassingen te overbruggen. Onze methode is gebaseerd op elektrodepositie, die op grote schaal wordt gebruikt in de industrie, waardoor een schaalbare route wordt geboden om MoS2 op een schaalbare manier te functionaliseren. Ook, Ik geloof dat dit multidisciplinaire team de sleutel is om de juiste manier te vinden om MoS . te functionaliseren ₂ voor ultragevoelige dopaminedetectie."

Bij verder werk, de groep hoopt andere materiaalcombinaties te vinden om een ​​verscheidenheid aan andere biomarkers te detecteren met de specificiteit van hun huidige sensor. Het creëren van een dergelijke "toolkit", waarbij experimenteel onderzoek wordt gecombineerd met computationele methoden, zal leiden tot nieuwe materialen met multifunctionele mogelijkheden. Dit kan nuttig zijn buiten de menselijke gezondheid, bijvoorbeeld, voor het detecteren van schadelijke gassen, waterverontreiniging of biologische afweermiddelen.

"In de toekomst, we kunnen ons een gecombineerde sensor/actuator voorstellen die de dopamine kan detecteren en tegelijkertijd therapie kan bieden. De sensoren kunnen worden geïntegreerd met geminiaturiseerde chips voor integratie van detectie, aansturen, controle en gegevensverwerking, ' zei Ebrahim.