Onderzoekers van de Universiteit van São Paulo (USP) in Brazilië hebben een bio-elektronische chip ontwikkeld die tegelijkertijd vitamine C en D in lichaamsvloeistoffen detecteert. Het is flexibel en gemakkelijk te zien en kan worden aangepast voor gebruik in een draagbaar apparaat om te helpen bij een gepersonaliseerd dieet. Details worden beschreven in een artikel gepubliceerd in ACS Applied Nano Materials .

Vitaminen C en D zijn micronutriënten die een cruciale rol spelen in het immuunsysteem als deelnemers aan de metabolische routes die betrokken zijn bij de bestrijding van virussen en bacteriën. Het monitoren van deze vitamines in het organisme kan ervoor zorgen dat hun niveaus niet te laag of te hoog zijn.

De momenteel beschikbare methoden hiervoor vereisen echter kostbare laboratoriumapparatuur die wordt beheerd door gespecialiseerde professionals. Ze omvatten het verzamelen van bloedmonsters en produceren gevaarlijk afval. Het tegelijkertijd detecteren en analyseren van beide vitamines in hetzelfde monster is moeilijk.

Om het proces te vereenvoudigen, gebruikten onderzoekers verbonden aan het São Carlos Institute of Physics relatief goedkope bronnen, zoals koolstof, en snelle operationele protocollen om een ​​elektrochemische chip te ontwikkelen voor zelfcontrole van vitamine C en D.

De chip is wegwerpbaar en bevat twee sensoren, die elk elektrische stroom gebruiken om een ​​vitamine te detecteren. In het geval van vitamine C is de sensor gemaakt van koolstofnanodeeltjes en fungeert als elektrokatalysator. De vitamine D-sensor is gemaakt van grafietkoolstofnitride en gouden nanodeeltjes gecombineerd met een laag van 25(OH)D₃ antilichamen. 25(OH)D₃ is de meest voorkomende circulerende vorm van vitamine D vanwege de lange halfwaardetijd.

De chip is eenvoudig te bedienen. Het enige wat de gebruiker hoeft te doen is het aansluiten op een klein draagbaar elektronisch apparaat dat lijkt op een glucometer, een monster speeksel of bloedserum inbrengen en wachten tot de elektrische stroom de aanwezigheid en niveaus van de vitamines aangeeft. Het resultaat wordt binnen 20 minuten verkregen.

"Door elektrochemisch actieve soorten op het oppervlak van een van de sensoren te immobiliseren, konden we de noodzaak voor labels en redoxsondes elimineren, waardoor het apparaat werd vereenvoudigd en de complexiteit van de analyse werd verminderd", zegt Thiago Serafim Martins, eerste auteur van het artikel. en momenteel onderzoeker aan het Imperial College London in het Verenigd Koninkrijk.

“Dit maakt de chip potentieel praktischer en efficiënter, waardoor hij direct in apotheken, klinieken enzovoort kan worden gebruikt. Bovendien is hij flexibel genoeg om te worden aangepast voor gebruik als draagbaar apparaat, ingebed in een gebitsbeschermer of bijtring, en direct te gebruiken. op de huid."

De selectiviteit en specificiteit ervan werden bevestigd in controle-experimenten die waren ontworpen om potentiële interferentie te meten door andere stoffen die normaal aanwezig zijn in bloed- en speekselmonsters, zoals vitamine B12, B1 en B3, glucose, lactaat, natriumchloride en kaliumchloride.

De belangrijkste uitdaging waarmee de onderzoekers werden geconfronteerd bij het ontwikkelen van een bio-elektronische chip om vitamine C en D te detecteren, was ervoor te zorgen dat er geen kruisreacties zouden optreden tussen de vitamines in het monster dat door de chip werd geanalyseerd.

"Om deze uitdaging aan te pakken, hebben we de chip ontworpen met twee werkgebieden of sensoren met verschillende oppervlaktechemie en deze geconfigureerd om op verschillende elektrische potentiaal te werken", legt Martins uit.

De wetenschappers zien mogelijkheden voor het uitbreiden van de mogelijkheden van de chip om andere biomarkers te detecteren, waaronder die voor verschillende soorten kanker, hoewel er eerst meer onderzoek moet worden gedaan om de sensoren te valideren. Daarna zijn ze van plan een patent aan te vragen en uiteindelijk de technologie in licentie te geven aan een fabrikant.

Meer informatie: Thiago S. Martins et al., Label- en Redox Probe-vrije bio-elektronische chip voor het monitoren van vitamine C en de 25-hydroxyvitamine D3-metaboliet, ACS toegepaste nanomaterialen (2024). DOI:10.1021/acsanm.3c05701

Geleverd door FAPESP