超灵敏的纳米级传感器可以通过呼出的异戊二烯来识别肺癌

这些纳米片通过感应呼吸化学的变化显示出检测肺癌的前景。图片来源：改编自 ACS Sensors 2024，DOI：10.1021/acssensors.4c01298

呼出的气息包含了解体内情况的化学线索，包括肺癌等疾病。设计检测这些化合物的方法可以帮助医生提供早期诊断，并改善患者的前景。在 ACS Sensors 上的一项研究中，研究人员报告开发了超灵敏的纳米级传感器，该传感器在小规模测试中区分了肺癌患者呼吸化学的关键变化。11 月是肺癌宣传月。

人们呼出许多气体，例如水蒸气和二氧化碳，以及其他空气中的化合物。研究人员已经确定，一种呼出的化学物质——异戊二烯——的下降可能表明肺癌的存在。然而，要检测如此小的偏移，传感器需要高度灵敏，能够检测十亿分之一 （ppb） 范围内的异戊二烯水平。它还需要将异戊二烯与其他挥发性化学物质区分开来，并承受呼吸的自然湿度。

以前设计具有此类特性的气体传感器的尝试主要集中在金属氧化物上，包括一种由氧化铟制成的特别有前途的化合物。由 Pingwei Liu 和 Qingyue Wang 领导的一个团队着手改进基于氧化铟的传感器，以检测呼吸中自然存在的异戊二烯水平。

研究人员开发了一系列氧化铟 （III） （In2O3） 的纳米片传感器。在实验中，他们发现了一种类型，他们称之为 Pt@InNiOx对于它所含的铂 （Pt）、铟 （In） 和镍 （Ni），表现最好。这些Pt@InNiOx传感器：

• 检测到低至 2 ppb 的异戊二烯水平，灵敏度远高于早期传感器。

• 对异戊二烯的反应比呼吸中常见的其他挥发性化合物更强。

• 在 9 次模拟使用中始终如一地执行。

更重要的是，作者对纳米薄片结构和电化学性质的实时分析表明，均匀锚定在纳米薄片上的 Pt 纳米簇催化了异戊二烯感应的激活，从而实现了超灵敏的性能。

最后，为了展示这些传感器的潜在医疗用途，研究人员采用了 Pt@InNiOx纳米薄片制成便携式传感设备。在这个设备中，他们引入了早些时候从 13 人那里收集的呼吸，其中 <> 人患有肺癌。

该设备在癌症参与者的样本中检测到异戊二烯水平低于 40 ppb，在未患癌症参与者的样本中检测到异戊二烯水平超过 60 ppb。研究人员说，这种传感技术可以为无创肺癌筛查提供突破，并有可能改善结果，甚至挽救生命。

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