En liten, tunn fyrkant av en organisk plast som kan upptäcka sjukdomsmarkörer i andetag eller gifter i en byggnads luft kan snart vara grunden för bärbara, sensoranordningar för engångsbruk. Genom att fylla de tunna plastfilmerna med porer, University of Illinois forskare gjorde enheterna tillräckligt känsliga för att upptäcka vid nivåer som är alldeles för låga för att lukta, men är viktiga för människors hälsa.

I en ny studie i tidskriften Avancerade funktionella material , Professor Ying Diaos forskargrupp demonstrerade en apparat som övervakar ammoniak i andetag, ett tecken på njursvikt.

"I den kliniska miljön, läkare använder skrymmande instrument, i princip storleken på ett stort bord, för att upptäcka och analysera dessa föreningar. Vi vill dela ut ett billigt sensorchip till patienterna så att de kan använda det och slänga det, sa Diao, en professor i kemisk och biomolekylär ingenjörskonst vid Illinois.

Andra forskare har försökt använda organiska halvledare för gasavkänning, men materialen var inte tillräckligt känsliga för att upptäcka spårnivåer av sjukdomsmarkörer i andetag. Diaos grupp insåg att de reaktiva platserna inte var på ytan av plastfilmen, men begravd inuti den.

"Vi utvecklade den här metoden för att direkt skriva ut små porer i själva enheten så att vi kan exponera dessa mycket reaktiva platser, " sa Diao. "Genom att göra det, vi ökade reaktiviteten med tio gånger och kan känna ner till en del per miljard."

För deras första enhetsdemonstration, forskarna fokuserade på ammoniak som en markör för njursvikt. Att övervaka förändringen i ammoniakkoncentrationen kan ge en patient ett tidigt varningstecken att ringa sin läkare för ett njurfunktionstest, sa Diao.

Materialet de valde är mycket reaktivt mot ammoniak men inte mot andra föreningar i andetag, sa Diao. Men genom att ändra sammansättningen av sensorn, de kan skapa enheter som är inställda på andra föreningar. Till exempel, forskarna har skapat en ultrakänslig miljömonitor för formaldehyd, en vanlig förorening inomhus i nya eller renoverade byggnader.

Gruppen arbetar med att göra sensorer med flera funktioner för att få en mer komplett bild av en patients hälsa.

"Vi skulle vilja kunna upptäcka flera föreningar samtidigt, som ett kemiskt fingeravtryck, " Sa Diao. "Det är användbart eftersom i sjukdomstillstånd, flera markörer kommer vanligtvis att ändra koncentration på en gång. Genom att kartlägga de kemiska fingeravtrycken och hur de förändras, vi kan mer exakt peka på tecken på potentiella hälsoproblem."