Voor de eerste keer, een team van wetenschappers van de University of Central Florida heeft functionele nanomaterialen gemaakt met holle binnenkanten die kunnen worden gebruikt om zeer gevoelige biosensoren te maken voor vroege detectie van kanker.

Xiaohu Xia, een universitair docent scheikunde met een gezamenlijke aanstelling in het NanoScience Technology Center, en zijn team ontwikkelden de nieuwe methode en publiceerden onlangs hun werk in het tijdschrift ACS Nano .

"Deze geavanceerde holle nanomaterialen hebben een groot potentieel om hoogwaardige technologieën op verschillende gebieden mogelijk te maken, " zegt Xia. "Mogelijk hebben we het over een beter en goedkoper diagnostisch hulpmiddel, gevoelig genoeg om biomarkers bij lage concentraties te detecteren, wat het van onschatbare waarde zou kunnen maken voor de vroege opsporing van kankers en infectieziekten."

Omdat holle nanomaterialen gemaakt van goud- en zilverlegeringen superieure optische eigenschappen vertonen, ze zouden bijzonder goed kunnen zijn voor het ontwikkelen van betere teststriptechnologie, vergelijkbaar met vrij verkrijgbare zwangerschapstesten. Momenteel is de technologie die wordt gebruikt om positieve of negatieve symbolen op het teststaafje aan te geven niet gevoelig genoeg om markers op te pikken die bepaalde soorten kanker aangeven. Maar Xia's nieuwe methode om holle nanomaterialen te maken, zou daar verandering in kunnen brengen.

Meer waarschuwing vooraf zou artsen kunnen helpen meer levens te redden.

In conventionele teststrips, massief gouden nanodeeltjes worden vaak gebruikt als labels, waar ze zijn verbonden met antilichamen en specifiek een kleursignaal genereren vanwege een optisch fenomeen dat gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie wordt genoemd. Onder de techniek van Xia, metalen nanomaterialen kunnen worden gemaakt met holle interieurs. In vergelijking met de solide tegenhangers, deze holle nanostructuren bezitten veel sterkere LSPR-activiteiten en bieden dus een intenser kleursignaal. Daarom, wanneer de holle nanomaterialen als labels in teststrips worden gebruikt, kunnen ze een gevoelige kleurverandering veroorzaken, waardoor de strips biomarkers in lagere concentraties kunnen detecteren.

"Teststriptechnologie wordt geüpgraded door simpelweg massief gouden nanodeeltjes te vervangen door de unieke holle nanodeeltjes, terwijl alle andere componenten van een teststrip ongewijzigd blijven, "zegt Xia. "Net als de zwangerschapstest, de nieuwe teststrip kan worden uitgevoerd door ongeschoolde personen, en de resultaten kunnen met het blote oog worden bepaald zonder dat er apparatuur nodig is. Deze eigenschappen maken de strip uitermate geschikt voor gebruik op uitdagende locaties zoals afgelegen dorpen."

De UCF-studie richtte zich op prostaatspecifiek antigeen, een biomarker voor prostaatkanker. De nieuwe teststrip op basis van holle nanomaterialen kon PSA detecteren vanaf 0,1 nanogram per milliliter (ng/ml), die voldoende gevoelig is voor klinische diagnostiek van prostaatkanker. De gepubliceerde studie omvat elektronenmicroscoopbeelden van de metalen holle nanomaterialen.

"Ik hoop dat door een algemeen en veelzijdig platform te bieden om functionele holle nanomaterialen met gewenste eigenschappen te ontwikkelen, nieuw onderzoek met potentieel voor andere toepassingen dan biosensing kan worden gelanceerd, "zegt Xia.

Medewerkers aan het onderzoek zijn onder meer Zhuangqiang Gao, Zheng Xi, Haihang Ye, Zhiyuan Wei en Shikuan Shao van de chemieafdeling van UCF; Qingxiao Wang en Moon J. Kim van de Universiteit van Texas in Dallas, en Dianyong Tang van de Chongqing University of Arts and Sciences in China.