研究人员开发出一种纳米级传感器，通过分析呼吸中的异戊二烯水平来检测肺癌，具有高灵敏度和准确性。该传感器基于铂增强氧化铟纳米薄片，被集成到便携式设备中，可在小型测试中有效区分肺癌患者和健康个体。
通过分析呼出气体的创新方法，检测早期肺癌可能会变得更加容易。
研究人员开发出一种超灵敏的纳米级传感器，能够检测呼吸中的异戊二烯水平，而异戊二烯是肺癌的生物标志物。通过加入铂基纳米团簇，Pt@InNiOx 传感器实现了高灵敏度，检测阈值仅为十亿分之二，超越了之前的传感器。
呼出的气息作为诊断工具呼出的气体中含有关于我们健康状况的宝贵化学线索，包括肺癌等疾病的指标。开发检测这些化合物的方法可以帮助医生更早做出诊断并改善患者的治疗效果。
11 月 6 日发表在《ACS Sensors 》（美国化学学会传感器）上的一项研究中，研究人员描述了如何创建超灵敏的纳米级传感器，在初步测试中，该传感器成功识别出肺癌患者呼吸中的关键化学变化。这项研究恰逢十一月肺癌宣传月。
这些纳米薄片有望通过感知呼吸化学变化来检测肺癌。摘自 ACS Sensors 2024，DOI：10.1021/acssensors.4c01298
呼吸气体及其诊断潜力当我们呼气时，我们会释放各种气体，包括水蒸气、二氧化碳和其他空气中的化合物。其中，研究人员发现，一种特定化学物质异戊二烯的含量降低可能预示着肺癌。
检测这些微小的变化需要高度灵敏的传感器，能够测量十亿分之一 (ppb) 范围内的异戊二烯水平。此外，这些传感器必须将异戊二烯与呼吸中的其他挥发性化学物质区分开来，并能承受自然湿度。
早期开发此类传感器的努力主要集中在金属氧化物上，尤其是一种由氧化铟制成的有前景的化合物。考虑到这一点，由刘平伟和王庆月领导的研究小组旨在改进基于氧化铟的传感器，以检测呼吸中自然存在的异戊二烯含量。
利用氧化铟提高传感器灵敏度研究人员开发了一系列基于氧化铟 (III) (In 2 O 3 ) 的纳米薄片传感器。在实验中，他们发现一种类型的传感器性能最佳，他们将其称为 Pt@InNiO x，因为其中含有铂 (Pt)、铟 (In) 和镍 (Ni)。这些 Pt@InNiO x传感器：
检测到的异戊二烯水平低至 2 ppb，其灵敏度远远超过了早期的传感器。对异戊二烯的反应比对呼吸中常见的其他挥发性化合物的反应更强烈。在九次模拟使用过程中表现始终一致。更重要的是，作者对纳米薄片的结构和电化学性质的实时分析表明，均匀锚固在纳米薄片上的 Pt 纳米团簇催化了异戊二烯传感的激活，从而产生了超灵敏性能。
用于实际测试的便携式设备开发最后，为了展示这些传感器的潜在医疗用途，研究人员将 Pt@InNiO x纳米薄片整合到便携式传感设备中。他们将 13 个人早些时候采集的呼吸数据导入该设备，其中 5 人患有肺癌。该设备检测到癌症患者样本中的异戊二烯水平低于 40 ppb，而无癌症患者样本中的异戊二烯水平超过 60 ppb。研究人员表示，这种传感技术可以为非侵入性肺癌筛查带来突破，并有可能改善结果甚至挽救生命。
作者承认，本文得到了国家自然科学基金、中国化学工程国家重点实验室、电力设备电气绝缘国家重点实验室、山西浙大新材料与化工研究所、国家重点研发计划-青年科学家、浙江大学衢州研究院科研基金以及浙江大学衢州研究院科技计划的资助。
参考文献：“超灵敏 In2O3 基纳米薄片用于肺癌诊断以及通过原位光谱研究的传感机制”2024 年 11 月 6 日，ACS Sensors。DOI：10.1021/acssensors.4c01298
来源：美国化学学会
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