Ученые научились выявлять рак легких по выдыхаемому воздуху

Фото из открытых источников
Выдыхаемый воздух содержит химические подсказки о том, что происходит внутри организма, включая такие заболевания, как рак легких. И разработка способов обнаружения этих соединений может помочь врачам в ранней диагностике — и улучшить перспективы пациентов. В исследовании в ACS Sensors исследователи сообщают о разработке сверхчувствительных нанодатчиков, которые в мелкомасштабных тестах выявили ключевое изменение в химии дыхания людей с раком легких. 
 
Люди выдыхают много газов, таких как водяной пар и углекислый газ, а также другие соединения в воздухе. Исследователи определили, что снижение одного выдыхаемого химического вещества — изопрена — может указывать на наличие рака легких. Однако для обнаружения таких небольших сдвигов датчик должен быть высокочувствительным, способным определять уровни изопрена в диапазоне частей на миллиард (ppb). Он также должен отличать изопрен от других летучих химических веществ и выдерживать естественную влажность дыхания. 
 
Предыдущие попытки разработать газовые датчики с такими характеристиками были сосредоточены на оксидах металлов, включая одно особенно многообещающее соединение, изготовленное с оксидом индия. Группа под руководством Пинвэя Лю и Цинюэ Вана приступила к усовершенствованию датчиков на основе оксида индия для обнаружения изопрена на уровне, на котором он естественным образом встречается в дыхании.
 
Исследователи разработали серию датчиков нанопластин на основе оксида индия (III) (In ₂ O ₃ ). В ходе экспериментов они обнаружили, что один тип, который они назвали Pt@InNiO _x по содержащимся в нем платине (Pt), индию (In) и никелю (Ni), показал наилучшие результаты. Эти датчики Pt@InNiO ^_x:
 

• Обнаружены уровни изопрена на уровне всего 2 ppb, что намного превосходит чувствительность более ранних датчиков.


• Реагирует на изопрен сильнее, чем на другие летучие соединения, обычно обнаруживаемые в выдыхаемом воздухе.


• Выполнялось последовательно в течение девяти моделируемых использований.

 
Что еще более важно, проведенный авторами анализ структуры и электрохимических свойств нанопластин в режиме реального времени показал, что нанокластеры Pt, равномерно закрепленные на нанопластинах, катализируют активацию чувствительности к изопрену, что приводит к сверхчувствительным характеристикам.
 
Наконец, чтобы продемонстрировать потенциальное медицинское применение этих датчиков, исследователи встроили нанохлопья Pt@InNiO _^x в портативное сенсорное устройство. В это устройство они ввели дыхание, собранное ранее у 13 человек, у пяти из которых был рак легких. Устройство обнаружило уровни изопрена ниже 40 ppb в образцах участников с раком и более 60 ppb у участников без рака. Эта сенсорная технология может обеспечить прорыв в неинвазивном скрининге рака легких и имеет потенциал для улучшения результатов и даже спасения жизней, говорят исследователи.