En superkänslig dopamindetektor kan hjälpa till vid tidig diagnos av flera sjukdomar som resulterar i för mycket eller för lite dopamin, enligt en grupp ledd av Penn State och inklusive Rensselaer Polytechnic Institute och universitet i Kina och Japan.

Dopamin är en viktig signalsubstans som kan användas för att diagnostisera sjukdomar som Parkinsons sjukdom, Alzheimers sjukdom och schizofreni.

"Om du kan utveckla en mycket känslig, men ändå enkel att använda och bärbar, detektor som kan identifiera ett brett spektrum av dopaminkoncentrationer, till exempel i svett, som kan hjälpa till med icke-invasiv övervakning av en individs hälsa, sa Aida Ebrahimi, biträdande professor i elektroteknik, Penn State, och en motsvarande författare på en tidning publicerad 7 augusti in Vetenskapens framsteg .

Deras arbete visar att genom att tillsätta en liten mängd mangan till ett tvådimensionellt skiktat material som kallas molybdendisulfid, de kan förbättra känsligheten i många storleksordningar jämfört med andra rapporterade resultat, samtidigt som den uppnår hög specificitet. Viktigt, deras detektor är billig och flexibel, och kan detektera dopamin i bakgrundsmedia inklusive buffert, serum och svett, och i realtid.

"Angående vår metod, elektrokemisk avsättning är ett nytt sätt att deponera dessa kemikalier som är mycket enkelt och skalbart, sa Mauricio Terrones, Verne M. Willaman professor i fysik, Materialvetenskap och kemi och den andra motsvarande författaren. "Flygvapnet är intresserade av dessa signalsubstanser som skapar stress. Jag föreställer mig detta som en bärbar sensor."

Humberto Terrones och hans grupp, på RPI, utförde den beräkningsundersökning som gjorde det möjligt för dem att förklara hur tillsats av mangan resulterar i ett förbättrat svar på dopamin. Det experimentella arbetet utfördes inom Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings (ATOMIC) i Penn State.

"Att kombinera de experimentella resultaten med beräkningsstudier visade sig vara mycket insiktsfullt, och jag tror att vi alla lärt oss mycket mer under det här projektet på grund av det, sa Derrick Butler, en medförfattare på tidningen och doktorand vid Penn State. "Att utveckla dessa material och använda dem på ett sätt som kan förbättra andras hälsa och välbefinnande gör arbetet särskilt roligt och givande."

Hans medförfattare, doktorand Yu Lei, Lagt till, "En utmaning är att utveckla en skalbar metod för att överbrygga grundläggande studier och praktiska tillämpningar. Vår metod är baserad på elektrodeponering, som har använts i stor utsträckning inom industrin, vilket ger en skalbar väg för att funktionalisera MoS2 på ett skalbart sätt. Också, Jag tror att detta tvärvetenskapliga team är nyckeln till att hitta rätt sätt att funktionalisera MoS ₂ för ultrakänslig dopamindetektion. "

I det fortsatta arbetet, gruppen hoppas kunna hitta andra materialkombinationer för att upptäcka en mängd andra biomarkörer med specificiteten hos deras nuvarande sensor. Att skapa en sådan "verktygslåda" som kombinerar experimentella undersökningar med beräkningsmetoder kommer att leda till nya material med multifunktionella möjligheter. Detta kan vara användbart utöver människors hälsa, till exempel, för att upptäcka skadliga gaser, vattenföroreningar eller bioförsvar.

"I framtiden, vi kan föreställa oss en kombinerad sensor/aktuator som kan detektera dopamin och samtidigt ge terapi. Sensorerna kan integreras med miniatyriserade chips för integration av avkänning, manövrering, kontroll och databehandling, sa Ebrahimi.