Сенсор на основе MXene и антител позволяет дешево и точно определять витамин D в удаленных регионах
Мультидисциплинарная команда из KAUST создала электрохимический сенсор для решения глобальной проблемы здоровья, особенно затрагивающей население Ближнего Востока и Северной Африки (MENA). Сенсор обнаруживает низкий уровень витамина D в образцах крови, обеспечивая раннее предупреждение о дефиците, который может иметь серьезные последствия для здоровья.
Работа опубликована в журнале Communications Materials.
"Дефицит витамина D может привести к широкому спектру осложнений, включая сердечно-сосудистые заболевания, аутоиммунные расстройства, нейродегенеративные болезни и деформации скелета", — говорит Шарат Чандра Барман, постдок в лабораториях руководителей проекта Хусама Альшарифа и Даны Альсулайман. "Ранняя диагностика дефицита витамина D имеет решающее значение".
Организм вырабатывает витамин D в коже под воздействием солнечного света, но в жарких регионах люди часто минимизируют пребывание на солнце.
"Несмотря на обилие солнечного света в Саудовской Аравии и регионе MENA, распространенность дефицита витамина D тревожно высока, что делает его критической и часто упускаемой из виду проблемой общественного здравоохранения", — отмечает Альсулайман.
Около 80% населения региона испытывает дефицит витамина D, а 16% жителей Саудовской Аравии имеют тяжелый дефицит.
Измерить этот важный витамин в клинически значимых концентрациях в образце крови сложно.
"Маленький размер молекулы, низкая циркулирующая концентрация в крови и структурное сходство с другими биомолекулами создают трудности", — поясняет Альсулайман. В результате тестирование на витамин D обычно проводится на специализированном оборудовании, доступном только в крупных городских центрах.
Чтобы создать простое, но точное устройство для тестирования витамина D, пригодное для использования даже в удаленных медцентрах, команда разработала новый электрохимический сенсор, объединивший MXene 2D наноматериалы и селективные антитела к витамину D.
"MXene обладают несколькими свойствами, подходящими для применения в биосенсорах", — объясняет Барман. "Они биосовместимы, обладают отличной электропроводностью, а их поверхность покрыта регулируемыми химическими группами, что позволяет добавлять дополнительные функции устройства".
Команда использовала эти химические группы для прикрепления антител, связывающих витамин D, к поверхности MXene.
"Комбинация MXene с антителами привела к созданию очень чувствительного и высокоселективного материала для определения витамина D в условиях пункта оказания медицинской помощи", — говорит Барман. Команда показала, что когда антитела на устройстве связываются с витамином D, ток через биосенсор заметно падает, причем величина электрического отклика пропорциональна концентрации витамина D в образце.
Сенсор имеет предел обнаружения витамина D всего 1 пикограмм на миллилитр образца, с динамическим диапазоном 0.1–500 нанограмм на миллилитр.
"Этот диапазон эффективно охватывает клинически значимые уровни витамина D: от дефицита до недостаточности, достаточности и токсичных концентраций", — отмечает Барман. "Сенсор также продемонстрировал высокую селективность, показав минимальную интерференцию со стороны нецелевых биомолекул, таких как глюкоза, витамин C и витамин B12".
"Наша синергетическая комбинация MXene и антител позволила разработать платформу для биосенсорного определения дефицита витамина D, которая является недорогой, быстрой и децентрализованной — это продвигает доступные решения в сфере здравоохранения в соответствии с целями программы преобразования сектора здравоохранения Саудовской Аравии", — заключает Альсулайман.