För första gången, ett team av forskare vid University of Central Florida har skapat funktionella nanomaterial med ihåliga interiörer som kan användas för att skapa mycket känsliga biosensorer för tidig upptäckt av cancer.

Xiaohu Xia, en biträdande professor i kemi med en gemensam utnämning i NanoScience Technology Center, och hans team utvecklade den nya metoden och publicerade nyligen sitt arbete i tidskriften ACS Nano .

"Dessa avancerade ihåliga nanomaterial har stor potential för att möjliggöra högpresterande teknologier inom olika områden, " säger Xia. "Potentiellt kan vi prata om ett bättre och billigare diagnostiskt verktyg, tillräckligt känsliga för att upptäcka biomarkörer vid låga koncentrationer, vilket skulle kunna göra det ovärderligt för tidig upptäckt av cancer och infektionssjukdomar."

Eftersom ihåliga nanomaterial gjorda av guld- och silverlegeringar uppvisar överlägsna optiska egenskaper, de kan vara särskilt bra för att utveckla bättre teststicksteknik, liknar receptfria graviditetstest. För närvarande är tekniken som används för att indikera positiva eller negativa symboler på teststickan inte tillräckligt känslig för att plocka upp markörer som indikerar vissa typer av cancer. Men Xias nya metod att skapa ihåliga nanomaterial kan ändra på det.

Mer förvarning kan hjälpa läkare att rädda fler liv.

I konventionella testremsor, nanopartiklar av massivt guld används ofta som etiketter, där de är kopplade till antikroppar och specifikt genererar färgsignaler på grund av ett optiskt fenomen som kallas lokaliserad ytplasmonresonans. Enligt Xias teknik, metalliska nanomaterial kan tillverkas med ihåliga interiörer. Jämfört med de solida motsvarigheterna, dessa ihåliga nanostrukturer har mycket starkare LSPR-aktiviteter och erbjuder därför en mer intensiv färgsignal. Därför, när de ihåliga nanomaterialen används som etiketter i testremsor kan de framkalla känsliga färgförändringar, gör det möjligt för remsorna att upptäcka biomarkörer vid lägre koncentrationer.

"Test-strip-tekniken uppgraderas genom att helt enkelt ersätta solida guld nanopartiklar med de unika ihåliga nanopartiklarna, medan alla andra komponenter i en testremsa hålls oförändrade, " säger Xia. "Precis som graviditetstestet, den nya teststickan kan utföras av icke-kunniga personer, och resultaten kan bestämmas med blotta ögat utan behov av någon utrustning. Dessa funktioner gör remsan extremt lämplig för användning på utmanande platser som avlägsna byar."

UCF-studien fokuserade på prostataspecifikt antigen, en biomarkör för prostatacancer. Den nya testremsan baserad på ihåliga nanomaterial kunde detektera PSA så lågt som 0,1 nanogram per milliliter (ng/mL), som är tillräckligt känslig för klinisk diagnostik av prostatacancer. Den publicerade studien inkluderar elektronmikroskopbilder av metalliska ihåliga nanomaterial.

"Jag hoppas att genom att tillhandahålla en allmän och mångsidig plattform för att konstruera funktionella ihåliga nanomaterial med önskade egenskaper, ny forskning med potential för andra tillämpningar utöver biosensing kan lanseras, säger Xia.

Samarbetspartners i studien inkluderar Zhuangqiang Gao, Zheng Xi, Haihang Ye, Zhiyuan Wei och Shikuan Shao från UCF:s kemiavdelning; Qingxiao Wang och Moon J. Kim från University of Texas i Dallas, och Dianyong Tang från Chongqing University of Arts and Sciences i Kina.