Un rilevatore di dopamina supersensibile può aiutare nella diagnosi precoce di diversi disturbi che provocano troppa o troppo poca dopamina, secondo un gruppo guidato da Penn State e comprendente il Rensselaer Polytechnic Institute e le università in Cina e Giappone.

La dopamina è un importante neurotrasmettitore che può essere utilizzato per diagnosticare disturbi come il morbo di Parkinson, Morbo di Alzheimer e schizofrenia.

"Se riesci a sviluppare una sensibilità molto ma semplice da usare e portatile, rivelatore in grado di identificare un'ampia gamma di concentrazioni di dopamina, per esempio nel sudore, che potrebbe aiutare nel monitoraggio non invasivo della salute di un individuo, " disse Aida Ebrahimi, professore assistente di ingegneria elettrica, Penn State, e un autore corrispondente su un articolo pubblicato il 7 agosto in Progressi scientifici .

Il loro lavoro mostra che aggiungendo una piccola quantità di manganese a un materiale stratificato bidimensionale chiamato disolfuro di molibdeno, possono migliorare la sensibilità di molti ordini di grandezza rispetto ad altri risultati riportati, ottenendo anche un'elevata specificità. È importante sottolineare che il loro rilevatore è a basso costo e flessibile, e può rilevare la dopamina nei media in background incluso il buffer, siero e sudore, e in tempo reale.

"Per quanto riguarda il nostro metodo, la deposizione elettrochimica è un nuovo modo di depositare queste sostanze chimiche che è molto semplice e scalabile, " disse Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Professore di Fisica, Scienza e chimica dei materiali e il secondo autore corrispondente. "L'aviazione è interessata a questi neurotrasmettitori che creano stress. Lo immagino come un sensore indossabile".

Humberto Terrones e il suo gruppo, all'RPI, hanno eseguito l'indagine computazionale che ha permesso loro di spiegare come l'aggiunta di manganese si traduce in una migliore risposta alla dopamina. Il lavoro sperimentale è stato eseguito all'interno del Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings (ATOMIC) a Penn State.

"La combinazione dei risultati sperimentali con gli studi computazionali si è rivelata molto perspicace, e penso che tutti abbiamo imparato molto di più durante questo progetto a causa di questo, " ha detto Derrick Butler, co-autore del documento e studente di dottorato alla Penn State. "Sviluppare questi materiali e applicarli in un modo che potrebbe migliorare la salute e il benessere degli altri rende il lavoro particolarmente piacevole e gratificante".

Il suo co-autore, dottorando Yu Lei, aggiunto, "Una sfida è sviluppare un metodo scalabile per collegare studi fondamentali e applicazioni pratiche. Il nostro metodo si basa sull'elettrodeposizione, che è stato ampiamente utilizzato nell'industria, fornendo così un percorso scalabile per funzionalizzare MoS2 in modo scalabile. Anche, Credo che questo team multidisciplinare sia la chiave per trovare il modo giusto per funzionalizzare MoS ₂ per il rilevamento della dopamina ultrasensibile."

In ulteriori lavori, il gruppo spera di trovare altre combinazioni di materiali per rilevare una varietà di altri biomarcatori con la specificità del loro sensore di corrente. La creazione di un tale "toolkit" che combini indagini sperimentali con metodi computazionali porterà a nuovi materiali con capacità multifunzionali. Questo potrebbe essere utile oltre la salute umana, Per esempio, per il rilevamento di gas nocivi, contaminazione dell'acqua o agenti di biodifesa.

"In futuro, possiamo immaginare un sensore/attuatore combinato in grado di rilevare la dopamina e fornire la terapia allo stesso tempo. I sensori possono essere integrati con chip miniaturizzati per l'integrazione di sensori, attivazione, controllo e trattamento dei dati, " disse Ebrahimi.