Исследовательская группа при профессоре Ил-Ду Киме в Отделе Материаловедения в KAIST разработала диагностические датчики, используя заключенные в капсулу белком нанокатализаторы, которые могут диагностировать определенные болезни, анализируя выдохнутое дыхание человека. Эта технология позволяет рано контролировать различных болезней посредством распознавания образов газов биомаркера, связанных с болезнями в человеческом выдохе.
Маршрут синтеза катализатора белка-templated очень прост и универсален для производства не только единственный компонент каталитических наночастиц, но также и разнообразные разнородные интерметаллические катализаторы с размерами меньше чем 3 нм. Исследовательская группа разработала еще более чувствительные и отборные chemiresistive датчики, которые могут потенциально диагностировать определенные болезни, анализируя выдохнутые газы дыхания.Результаты этого исследования, которые были внесены доктором Сан-Джуном Кимом и доктором Сеон-Цзинь Чоем так же первые авторы, были отобраны как рекомендуемая статья покрытия в июльском выпуске Счетов Химического Исследования, международного журнала американского Химического Общества.
В человеческом дыхании разнообразные компоненты найдены включая водяной пар, водород, ацетон, толуол, аммиак, сероводород и угарный газ, которые больше чрезмерно выдохнуты от пациентов. Некоторые из этих компонентов тесно связаны с болезнями, такими как астма, рак легких, диабет 1 типа mellitus и галитоз.Анализ дыхания для диагноза болезни начался с завоевания выдохнутых дыханий в мешке Tedlar, и впоследствии захваченные газы дыхания были введены в миниатюризированную систему датчика, подобную датчику алкоголя.
Возможно проанализировать выдохнутое дыхание очень быстро с простым процессом анализа. Анализ дыхания может обнаружить изменения следа в выдохнутых компонентах дыхания, которые способствуют раннему диагнозу болезней.Однако технические достижения необходимы, чтобы точно проанализировать газы в дыхании, которые происходят на очень низких уровнях от 1 части на миллиард до 1 части на миллион.
В частности, это была критическая проблема для типа chemiresistive химические датчики, чтобы выборочно обнаружить определенные биомаркеры в тысячах вмешивающихся газов включая влажный пар.Традиционно, благородные металлические катализаторы, такие как платина и палладий были functionalized на металлические слои ощущения окиси. Однако газовой чувствительности было недостаточно, чтобы обнаружить ppb-уровни разновидностей биомаркера в выдохнутом дыхании.Чтобы преодолеть текущие ограничения, исследовательская группа использовала наноразмерный белок (апоферритин) у животных как жертвенные шаблоны.
Шаблоны белка обладают полыми наноклетками на основном месте и различном сплаве, каталитические наночастицы могут быть заключены в капсулу в наноклетках белка.Наноклетки белка выгодны, потому что почти неограниченное количество вещественных составов в периодической таблице может быть собрано для синтеза разнородных каталитических наночастиц. Кроме того, интерметаллические нанокатализаторы с атомным отношением, которым управляют, двух различных элементов могут быть достигнуты, используя наноклетки белка, который является инновационной стратегией нахождения новых типов катализаторов.
Например, очень эффективные основанные на платине катализаторы могут быть синтезированы, такие как платиновый палладий (PtPd), платиновый никель (PtNi), платиновый рутений (PtRu) и платиновый иттрий (ИМУЩЕСТВО).Исследовательская группа развивала выдающиеся слои ощущения, состоящие из металлических окисных нановолокон functionalized разнородными катализаторами с большими и высоко пористыми площадями поверхности, которые особенно оптимизированы для отборного обнаружения определенных биомаркеров. Выполнение ощущения биомаркера было улучшено приблизительно 3~4-сгиб по сравнению с обычным единственным компонентом платины и палладия загруженные катализаторами датчики нановолокна. В частности, 100-кратные переходы сопротивления к ацетону (1 часть на миллион) и сероводороду (1 часть на миллион) наблюдались в выдохнутых датчиках дыхания, используя разнородные нанокатализаторы, который является лучшей работой, когда-либо сообщал в литературе.
Исследовательская группа развивала платформу диагноза болезни, которая признает отдельные образцы дыхания при помощи многократной системы множества датчика с разнообразными слоями ощущения и разнородными катализаторами, так, чтобы люди могли легко определить медицинские отклонения. Используя систему множества с 16 датчиками, физические условия могут непрерывно проверяться, анализируя изменения концентрации биомаркеров в выдохнутых газах дыхания.Профессор Ким сказал, «Новые типы разнородных нанокатализаторов синтезировались, используя шаблоны белка с размерами приблизительно 2 нм и functionalized на различных металлических окисных слоях ощущения нановолокна. Установленные библиотеки ощущения могут обнаружить разновидности биомаркера с высокой чувствительностью и селективностью».
Он добавил, «новая и инновационная аналитическая платформа газа дыхания будет очень полезна для сокращения медицинских расходов и непрерывного контроля физических условий»Патенты, связанные с этой технологией, лицензировались для двух компаний в марте и июне в этом году.