Sebuah tim peneliti berhasil mengembangkan sensor diagnostik dengan menggunakan nanocatalis protein yang dienkapsulasi.
Teknologi ini mampu mendiagnosis penyakit tertentu dengan hanya menganalisis nafas keluar dikeluarkan dari mulut. Teknologi ini memungkinkan pemantauan dini berbagai penyakit melalui pengenalan pola gas biomarker yang terkait dengan penyakit pada pernafasan manusia. Pengenalan pola nafas merupakan platform diagnostik yang futuristik. Target konsentrasi gas yang simpel yang dikeluarkan oleh manusia akan memimpin dalam teknologi diganosis terkait kondisi fisik seseorang.
Sebuah kelompok penelitian di bawah Prof Il-Doo Kim di Departemen Ilmu Material di Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) telah mengembangkan sensor diagnostik dengan menggunakan nanocatalis protein yang dienkapsulasi yang dapat mendiagnosis penyakit tertentu dengan menganalisis nafas yang dikeluarkan manusia. Teknologi ini memungkinkan pemantauan dini berbagai penyakit melalui pengenalan pola gas biomarker yang terkait dengan penyakit pada pernafasan manusia.
Rute sintesis katalis protein-templasi sangat sederhana dan serbaguna untuk memproduksi tidak hanya satu komponen nanopartikel katalitik, tetapi juga beragam katalis intermetalik heterogen dengan ukuran kurang dari 3 nm. Tim peneliti telah mengembangkan sensor yang lebih sensitif dan selektif yang berpotensi mendiagnosis penyakit tertentu dengan menganalisis gas nafas yang diembuskan. Hasil penelitian yang disumbangkan oleh Dr. Sang-Joon Kim dan Dr. Seon-Jin Choi sebagai penulis pertama ini terpilih sebagai artikel sampul depan dalam Accounts of Chemical Research, sebuah jurnal internasional masyarakat kimia Amerika.
Dalam nafas manusia, beragam komponen ditemukan termasuk uap air, hidrogen, aseton, toluena, amonia, hidrogen sulfida, dan karbon monoksida dan lain sebagainya yang diembuskan oleh para pasien. Beberapa komponen ini terkait erat dengan penyakit seperti asma, kanker paru-paru, diabetes mellitus tipe 1, dan halitosis. Analisis nafas untuk diagnosis penyakit dimulai dari pengambilan napas yang diembuskan ke dalam kantung khusus dan kemudian nafas yang tertangkap tersebut disuntikkan ke dalam sistem sensor mini yang mirip dengan detektor alkohol.
Hal ini dimungkinkan untuk menganalisis nafas yang diembuskan dengan sangat cepat dengan proses analisa yang sederhana. Analisis nafas dapat mendeteksi jejak perubahan komponen napas yang diembuskan, yang berkontribusi terhadap diagnosis dini penyakit. Namun, kemajuan teknologi diperlukan untuk menganalisis secara akurat gas dalam nafas, yang terjadi pada tingkat yang sangat rendah yakni mulai dari 1 ppb sampai 1 ppm.
Secara khusus, ini merupakan tantangan penting bagi sensor kimia tipe chemiresistive untuk secara selektif mendeteksi biomarker spesifik dalam ribuan gas yang mengganggu termasuk uap yang cenderung lembab. Dalam katalis Konvensional, logam mulia seperti platinum dan paladium telah difungsikan ke lapisan pengenal oksida logam. Namun, sensitivitas gas tidak cukup untuk mendeteksi kadar ppb-level spesies biomarker dalam napas yang diembuskan.
Untuk mengatasi keterbatasan saat ini, tim peneliti menggunakan protein nano (apoferritin) pada hewan sebagai contohnya. Protein ini memiliki nanocages berlubang pada inti dan berbagai paduan nanopartikel katalitik dapat dienkapsulasi di dalam nanocages protein. Nanocages protein yang menguntungkan karena hampir tak terbatas jumlah komposisi bahan dalam tabel periodik dapat dirakit untuk sintesis nanopartikel katalitik heterogen.
Selain itu, nanocatalyst intermetalik dengan rasio atomik terkontrol dari dua elemen yang berbeda dapat dicapai dengan menggunakan nanocages protein, yang merupakan strategi inovatif untuk menemukan jenis katalis baru. Sebagai contoh, katalis berbasis platina yang sangat efisien dapat disintesis, seperti platinum-paladium (PtPd), platinum-nickel (PtNi), platinum-ruthenium (PtRu), dan platinum-yttrium (PtY).
Tim peneliti mengembangkan lapisan penginderaan yang luar biasa yang terdiri dari nanofibrator oksida logam yang difungsikan oleh katalis heterogen dengan luas permukaan yang besar dan berpori, yang terutama dioptimalkan untuk deteksi selektif biomarker spesifik. Kinerja penginderaan biomarker ditingkatkan sekitar 3 ~ 4 kali lipat dibandingkan dengan komponen tunggal konvensional dari sensor nanofiber platina dan katalis paladium.
Secara khusus, transisi resistansi 100 kali lipat terhadap aseton (1 ppm) dan hidrogen sulfida (1 ppm) diamati pada sensor napas yang diembuskan menggunakan nanocatalyst heterogen, yang merupakan kinerja terbaik yang pernah dilaporkan dalam literatur.
Tim peneliti mengembangkan platform diagnosis penyakit yang mengenali pola pernapasan individu dengan menggunakan sistem array sensor ganda dengan lapisan penginderaan beragam dan katalis heterogen, sehingga masyarakat dapat dengan mudah mengidentifikasi kelainan kesehatan. Dengan menggunakan sistem array 16 sensor, kondisi fisik bisa terus menerus.
nik/berbagai sumber/E-6
