En ny zinksensor har utvecklats av forskare, vilket kommer att möjliggöra en djupare förståelse av den dynamiska roll som metalljoner spelar för att reglera hälsa och sjukdomar i den levande kroppen.

Forskningen, publiceras i tidskriften ACS Omega rapporterar att den nydesignade kemiska sensorn kan detektera och mäta zinknivåer i celler. Den har också funktionalitet och portabilitet för att ta kontinuerliga eller upprepade mätningar inom ett enda biologiskt prov.

"Detta gör sensorn potentiellt lämplig för användning i framtida diagnostiska verktyg som kan öppna upp helt nya fönster i kroppen, " säger huvudförfattaren till forskningen Dr Sabrina Heng, Forskningsstipendiat vid ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), vid University of Adelaide.

"Metaljoner, inklusive zink, spelar avgörande roller i cellulär och livsfunktion - och en brist eller förändring i nivån av metalljoner är ofta förknippad med sjukdom, " hon säger.

"Överskott av zink i kroppen till exempel, är ett möjligt tecken på Alzheimers eller Parkinsons sjukdom, eller ibland en allvarlig bakterieinfektion."

Problemet, säger Dr Heng, är att nuvarande metoder bara ger en ögonblicksbild vid en viss tidpunkt. Patientprover testas i allmänhet för metalljonnivåer med hjälp av specialiserad patologiutrustning i laboratorier.

"För att få en djupare förståelse för den dynamiska roll som zink och andra metalljoner spelar för att reglera hälsa och sjukdom, det är viktigt att utveckla nya bärbara sensorteknologier som kan användas för att undersöka metalljoner i kroppen i realtid, " hon säger.

Helst noterar hon, sensorn måste kunna fås att slå "på" och "av" med en strömbrytare av något slag.

"Detta innebär att flera mätningar kan göras utan att sensorn behöver bytas. Detta möjliggör också kontinuerliga och icke-invasiva studier."

Vad Dr Heng har gjort är att utnyttja ljusets kraft i utvecklingen av en ny och innovativ sensor, förklarar professor Andrew Abell, CNBP chefsutredare vid University of Adelaide och medförfattare till forskningspapperet.

"De speciella egenskaperna hos denna zinksensor sitter på kemisk och molekylär nivå, " han säger.

"En del av sensorn är en speciell kemisk molekyl, spiropyran, som sitter på en avancerad optisk fiber – den är skräddarsydd för att binda till zinkjonen i cellerna som undersöks."

"När zinken binds fluorescerar den efter att den har exponerats för UV-ljus från fibern. Fluorescensintensiteten beror på mängden zink som finns."

"Att behandla samma prov med vitt ljus lossar sedan metalljonen och återställer sensorkemikalien tillbaka till sitt starttillstånd, redo att användas igen. Denna växling kan göras många gånger utan att förlora tillförlitlighet eller känslighet."

"Att lägga till sådana molekyler till våra avkänningsenheter är viktigt eftersom det ger oss möjlighet att styra våra avkänningsenheter med en enkel vridning av en ljusströmbrytare, " han säger.

Dr Heng ser denna forskning som ett avgörande steg i utvecklingen av framtida avkänningsverktyg som kan användas av läkare på deras kliniker.

"Nästa generations sjukvård kommer att se ökande nivåer av smart medicinteknik tillgänglig för läkare och specialister som kommer att kunna utföra ökade diagnoser på plats."

"Denna nya CNBP-sensor kan erbjuda möjligheten för omedelbar analys av zinknivåer i kroppen, utan att behöva vänta på tidskrävande testresultat från specialiserade diagnostiska laboratorier, " hon säger.

"Detta är ett steg mot en allt mer intelligent framtid. Realtidsdiagnostik innebär mindre tidsfördröjning i behandlingen för patienter."

Denna forskning finansierades av ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP) med forskare vid University of Adelaide, RMIT University och University of South Australia.