Schéma d'un détecteur de dopamine hautement sélectif utilisant un matériau bidimensionnel. Crédit :Derrick Butler, État de Pennsylvanie
Un détecteur de dopamine supersensible peut aider au diagnostic précoce de plusieurs troubles qui entraînent trop ou trop peu de dopamine, selon un groupe dirigé par Penn State et comprenant l'Institut polytechnique Rensselaer et des universités en Chine et au Japon.
La dopamine est un neurotransmetteur important qui peut être utilisé pour diagnostiquer des troubles tels que la maladie de Parkinson, La maladie d'Alzheimer et la schizophrénie.
"Si vous pouvez développer une sensibilité très pourtant simple à utiliser et portable, détecteur qui peut identifier une large gamme de concentration de dopamine, par exemple en sueur, qui pourraient aider à la surveillance non invasive de la santé d'un individu, " a déclaré Aida Ebrahimi, professeur assistant en génie électrique, État de Penn, et un auteur correspondant sur un article publié le 7 août dans Avancées scientifiques .
Leurs travaux montrent qu'en ajoutant une petite quantité de manganèse à un matériau en couches bidimensionnel appelé bisulfure de molybdène, ils peuvent améliorer la sensibilité de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux autres résultats rapportés, tout en atteignant une spécificité élevée. Surtout, leur détecteur est peu coûteux et flexible, et peut détecter la dopamine dans les médias de fond, y compris le tampon, sérum et sueur, et en temps réel.
« Concernant notre méthode, le dépôt électrochimique est une nouvelle façon de déposer ces produits chimiques qui est très simple et évolutive, " a déclaré Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Professeur de physique, Science des matériaux et chimie et le deuxième auteur correspondant. "L'armée de l'air s'intéresse à ces neurotransmetteurs qui créent du stress. J'envisage cela comme un capteur portable."
Humberto Terrones et son groupe, chez RPI, ont effectué l'investigation informatique qui leur a permis d'expliquer comment l'ajout de manganèse améliore la réponse à la dopamine. Le travail expérimental a été réalisé au sein du Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings (ATOMIC) à Penn State.
"La combinaison des résultats expérimentaux avec des études informatiques s'est avérée très perspicace, et je pense que nous avons tous appris beaucoup plus tout au long de ce projet à cause de cela, " a déclaré Derrick Butler, un co-auteur principal sur le papier et étudiant au doctorat à Penn State. « Développer ces matériaux et les appliquer d'une manière qui pourrait améliorer la santé et le bien-être des autres rend le travail particulièrement agréable et enrichissant. »
Son co-auteur principal, doctorant Yu Lei, ajoutée, "Un défi est de développer une méthode évolutive pour faire le pont entre les études fondamentales et les applications pratiques. Notre méthode est basée sur l'électrodéposition, largement utilisé dans l'industrie, fournissant ainsi une route évolutive pour fonctionnaliser MoS2 de manière évolutive. Aussi, Je crois que cette équipe multidisciplinaire est la clé pour trouver la bonne façon de fonctionnaliser MoS
Dans un travail ultérieur, le groupe espère trouver d'autres combinaisons de matériaux pour détecter une variété d'autres biomarqueurs avec la spécificité de leur capteur actuel. La création d'une telle « boîte à outils » combinant des recherches expérimentales avec des méthodes de calcul conduira à de nouveaux matériaux dotés de capacités multifonctionnelles. Cela pourrait être utile au-delà de la santé humaine, par exemple, pour détecter les gaz nocifs, la contamination de l'eau ou des agents de biodéfense.
"Dans le futur, nous pouvons imaginer un capteur/actionneur combiné qui peut détecter la dopamine et fournir une thérapie en même temps. Les capteurs peuvent être intégrés avec des puces miniaturisées pour l'intégration de la détection, actionner, contrôle et traitement des données, " a déclaré Ebrahimi.
