Robert Klatt
Neue Pt@InNiOx-Nanosensoren können chemische Signaturen in der Atemluft mit höchster Genauigkeit erkennen. In Zukunft könnten die Sensoren mit einem simplen Atemtest Lungenkrebs im Frühstadium zeigen und die Behandlung verbessern.
Quzhou (China). Die ausgeatmete Luft des Menschen enthält chemische Signaturen, die Informationen über die Gesundheit ermöglichen, darunter auch die Diagnose von Krankheiten wie Lungenkrebs. Die Wissenschaft arbeitet deshalb an neuen Techniken, mit denen Ärzte durch einen simplen Atemtest Krankheiten früher erkennen können sollen. Forscher der Zhejiang University haben im Fachmagazin ACS Sensors nun neue Nanosensoren präsentiert, die bei Lungenkrebspatienten chemische Veränderung in der Atemluft erkennen konnten.
Wie die Wissenschaftler erklären, werden beim Ausatmen unterschiedliche Gase emittiert, darunter Wasserdampf, CO₂ und andere luftübertragene Verbindungen. Ein reduzierter Gehalt des chemischen Stoffes Isopren in der Atemluft steht mit Isopren in Verbindung. Um diese minimalen Veränderungen erkennen zu können, sind jedoch hochsensible Sensoren nötig, die Isopren in Bereichen von Teilen pro Milliarde (ppb) messen können und die Isopren von anderen flüchtigen Chemikalien unterscheiden können.
Bei der Entwicklung entsprechender Sensoren haben Forscher sich bisher auf Metalloxide, besonders eine Verbindung aus Indiumoxid, konzentriert. Die Wissenschaftler der Zhejiang University die Indiumoxid-basierten Sensoren deutlich verbessert, damit diese Isopren in natürlich existierenden Konzentrationen erkennen können.
Dazu haben sie Nanosensoren auf Basis von Indium(III)-Oxid entwickelt. Die besten Ergebnisse haben sie mit sogenannten Pt@InNiOx Sensoren erzielt, die aus Platin (Pt), Indium (In) und Nickel (Ni) bestehen. In Experimenten konnte diese Sensoren Isoprenwerte von 2 ppb erfassen und eine Sensitivität erreichen, die alle zuvor entwickelten Sensoren weit übertreffen. Zudem reagieren die Sensoren spezifisch auf Isopren und erlauben dadurch eine Unterscheidung zu anderen flüchtigen Verbindungen, die oft in der Atemluft vorkommen.
Anschließend haben die Forscher die Pt@InNiOx-Nanosensoren in ein mobiles Sensormodul integriert, um das medizinische Potenzial zu untersuchen. Mit dem Gerät haben sie Atemproben von 13 Personen untersucht, von denen bei fünf Lungenkrebs diagnostiziert wurde. Der Sensor hat bei allen Lungenkrebspatienten Isoprenwerte unter 40 ppb erkannt, während die Isoprenwerte bei den gesunden Probanden bei mindestens 60 ppb lagen.
Diese Ergebnisse zeigen laut den Wissenschaftlern, dass die Sensortechnologie ein Durchbruch in der nicht-invasiven Lungenkrebsvorsorge sein könnte. In Zukunft könnte die Technik bei Ärzten für einen simplen Atemtest verwendet werden, um durch die Früherkennung von Lungenkrebs die Heilungschancen zu erhöhen.
ACS Sensors, doi: 10.1021/acssensors.4c01298
