Un détecteur de dopamine supersensible peut aider au diagnostic précoce de plusieurs troubles qui entraînent trop ou pas assez de dopamine, selon un groupe dirigé par Penn State et comprenant le Rensselaer Polytechnic Institute 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 un détecteur très sensible, mais simple à utiliser et portable, capable d'identifier une large gamme de concentrations de dopamine, par exemple dans la sueur, qui pourrait aider à la surveillance non invasive de la santé d'un individu », a déclaré Aida Ebrahimi, professeur adjoint de génie électrique, Penn State, et auteur correspondant d'un article publié le 7 août dans Progrès 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 nombreux ordres de grandeur par rapport aux autres résultats rapportés, tout en atteignant également une spécificité élevée. Surtout, leur détecteur est peu coûteux et flexible, et peut détecter la dopamine dans les milieux de fond, y compris le tampon, le sérum et la 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. L'armée de l'air s'intéresse à ces neurotransmetteurs à l'origine du stress. J'envisage cela comme un capteur portable. «
Mauricio Terrones, professeur Verne M. Willaman de physique, science des matériaux et chimie et le deuxième auteur correspondant
Humberto Terrones et son groupe, à RPI, ont effectué l'enquête informatique qui leur a permis d'expliquer comment l'ajout de manganèse entraîne une amélioration de la réponse à la dopamine. Le travail expérimental a été réalisé au sein du Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings (ATOMIC) à Penn State.
«Combiner les résultats expérimentaux avec des études informatiques s'est avéré très perspicace, et je pense que nous avons tous appris beaucoup plus tout au long de ce projet grâce à cela», a déclaré Derrick Butler, co-auteur principal de l'article et doctorant à Penn State. « Développer ces matériaux et les appliquer de manière à améliorer la santé et le bien-être des autres rend le travail particulièrement agréable et gratifiant. »
Son co-auteur principal, le doctorant Yu Lei, a ajouté: « L'un des défis consiste à développer une méthode évolutive pour relier les études fondamentales et les applications pratiques. Notre méthode est basée sur l'électrodéposition, qui a été largement utilisée dans l'industrie, offrant ainsi une voie évolutive. pour fonctionnaliser MoS2 de manière évolutive. De plus, je crois que cette équipe multidisciplinaire est la clé pour trouver la bonne façon de fonctionnaliser MoS2 pour la détection ultrasensible de la dopamine. «
Dans d'autres travaux, le groupe espère trouver d'autres combinaisons de matériaux pour détecter une variété d'autres biomarqueurs avec la spécificité de leur capteur de courant. La création d'une telle «boîte à outils» combinant des enquêtes expérimentales et des méthodes de calcul conduira à de nouveaux matériaux aux 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 les agents de biodéfense.
«À l'avenir, nous pouvons envisager un capteur / actionneur combiné capable de détecter la dopamine et de fournir une thérapie en même temps. Les capteurs peuvent être intégrés à des puces miniaturisées pour l'intégration de la détection, de l'actionnement, du contrôle et du traitement des données», a déclaré Ebrahimi.
