這些納米片通過感應呼吸化學的變化顯示出檢測肺癌的前景。圖片來源：改編自 ACS Sensors 2024，DOI：10.1021/acssensors.4c01298

呼出的氣息包含了解體內(nèi)情況的化學線索，包括肺癌等疾病。設計檢測這些化合物的方法可以幫助醫(yī)生提供早期診斷，并改善患者的前景。在 ACS Sensors 上的一項研究中，研究人員報告開發(fā)了超靈敏的納米級傳感器，該傳感器在小規(guī)模測試中區(qū)分了肺癌患者呼吸化學的關鍵變化。11 月是肺癌宣傳月。

人們呼出許多氣體，例如水蒸氣和二氧化碳，以及其他空氣中的化合物。研究人員已經(jīng)確定，一種呼出的化學物質(zhì)——異戊二烯——的下降可能表明肺癌的存在。然而，要檢測如此小的偏移，傳感器需要高度靈敏，能夠檢測十億分之一 （ppb） 范圍內(nèi)的異戊二烯水平。它還需要將異戊二烯與其他揮發(fā)性化學物質(zhì)區(qū)分開來，并承受呼吸的自然濕度。

以前設計具有此類特性的氣體傳感器的嘗試主要集中在金屬氧化物上，包括一種由氧化銦制成的特別有前途的化合物。由 Pingwei Liu 和 Qingyue Wang 領導的一個團隊著手改進基于氧化銦的傳感器，以檢測呼吸中自然存在的異戊二烯水平。

研究人員開發(fā)了一系列氧化銦 （III） （In2O3） 的納米片傳感器。在實驗中，他們發(fā)現(xiàn)了一種類型，他們稱之為 Pt@InNiOx對于它所含的鉑 （Pt）、銦 （In） 和鎳 （Ni），表現(xiàn)最好。這些Pt@InNiOx傳感器：

• 檢測到低至 2 ppb 的異戊二烯水平，靈敏度遠高于早期傳感器。

• 對異戊二烯的反應比呼吸中常見的其他揮發(fā)性化合物更強。

• 在 9 次模擬使用中始終如一地執(zhí)行。

更重要的是，作者對納米薄片結(jié)構(gòu)和電化學性質(zhì)的實時分析表明，均勻錨定在納米薄片上的 Pt 納米簇催化了異戊二烯感應的激活，從而實現(xiàn)了超靈敏的性能。

最后，為了展示這些傳感器的潛在醫(yī)療用途，研究人員采用了 Pt@InNiOx納米薄片制成便攜式傳感設備。在這個設備中，他們引入了早些時候從 13 人那里收集的呼吸，其中 <> 人患有肺癌。

該設備在癌癥參與者的樣本中檢測到異戊二烯水平低于 40 ppb，在未患癌癥參與者的樣本中檢測到異戊二烯水平超過 60 ppb。研究人員說，這種傳感技術(shù)可以為無創(chuàng)肺癌篩查提供突破，并有可能改善結(jié)果，甚至挽救生命。