Uudessa tutkimuksessa valmistettiin nanomateriaaleja, joiden avulla voidaan tulevaisuudessa kehittää entistä tarkempia antureita terveydenhuollon tarpeisiin. Esimerkiksi naishormonien pitoisuudet ovat niin pieniä, että niiden vaihteluiden havaitsemiseen ihmiskehossa tarvitaan erittäin herkkiä sensoreita.
Hiilinanomateriaalit saattavat tulevaisuudessa mahdollistaa suuria edistysaskeleita terveydenhuollossa, esimerkiksi terveyden jatkuvassa seurannassa.
Turun yliopiston tutkimuksessa yksiseinäisistä hiilinanoputkista onnistuttiin valmistamaan antureita, jotka soveltuvat tähän tarkoitukseen. Yksiseinäiset hiilinanoputket ovat nanomateriaalia, joka koostuu yhdestä atomikerroksesta grafeenia.
Materiaalin kehittämisen haasteena on pitkään ollut se, että nanoputkien valmistusvaiheessa syntyy sekaisin johtavia ja puolijohtavia nanoputkia, jotka eroavat toisistaan siinä, miten ne ovat kiertyneet rullalle. Nanoputkien sähköiset ja kemialliset ominaisuudet ovat pitkälti riippuvaisia niiden kierteisyydestä.
Turun yliopiston kollegiumtutkija Han Li on kehittänyt menetelmiä kierteisyydeltään erilaisten nanoputkien erottamiseen. Nyt tutkijat ovat onnistuneet erottamaan kaksi kierteisyydeltään hyvin samankaltaista hiilinanoputkea toisistaan ja tunnistamaan niille tyypilliset sähkökemialliset ominaisuudet.
‒ Vaikka nanoputkien kierteeseen liittyvä ero on hiuksenhieno, näiden ominaisuudet ovat hyvin erilaiset, sanoo väitöskirjatutkija Ju-Yeon Seo.
Tarkkuutta ja herkkyyttä antureihin
Hiilinanoputkien puhdistamisen ja erottamisen avulla tutkijat pystyivät testaamaan niiden eroja anturimateriaalina.
Nanoputkista valmistetaan usein hybridiantureita yhdessä toisen pinta-aktiivisen aineen kanssa, mutta tässä tutkimuksessa anturi onnistuttiin valmistamaan pelkistä nanoputkista.
Tämän lisäksi tutkijat onnistuivat kontrolloimaan nanoputkien pitoisuutta tarkasti, jotta eri kierteisyyksiä voitiin verrata.
Tutkimuksessa saatiin selville muun muassa se, että toinen nanoputkityyppi (6,5) vaikutti olevan toista nanoputkityyppiä (6,6) tehokkaampi dopamiinin adsorptiossa. Adsorptiolla viitataan materiaalin kykyyn sitoa atomeja tai molekyylejä pinnalleen. Materiaalin adsorptiokyky on erityisen tärkeässä roolissa silloin, kun tutkittavien aineiden pitoisuudet ovat erittäin pieniä.
‒ Tulos on merkittävä, sillä kun voimme kontrolloida hiilinanoputkien ominaisuuksia tarkasti, voimme hienosäätää anturimateriaalin kykyä havaita juuri tiettyjen aineiden muutoksia, väitöskirjatutkija Seo kertoo.
Nykypäivän anturit mahdollistavat muun muassa verensokerin mittauksen ihmisen kehosta. Turun yliopistossa tavoitteena on kehittää entistä tarkempia ja herkempiä anturimateriaaleja, joilla päästään huomattavasti pienempien pitoisuuksien jäljille.
‒ Ne molekyylit, joista me olemme kiinnostuneita tutkimuksessa, kuten naishormonit, esiintyvät elimistössä miljoonia kertoja pienemmissä pitoisuuksissa kuin glukoosi. Jotta hormonivaihteluiden tarkastelu olisi mahdollista, biosensorien tarkkuutta pitää kehittää merkittävästi, sanoo materiaalitekniikan apulaisprofessori Emilia Peltola.
Tuoreet tutkimustulokset ovat ensimmäinen osoitus siitä, että kierteisyys vaikuttaa anturin sähkökemialliseen vasteeseen. Jatkotutkimuksessa laskennallisia malleja voidaan hyödyntää parhaan kierteisyyden löytämiseksi kullekin mitattavalle aineelle.
Terveysteknologian materiaalien tutkimus Turun yliopistossa keskittyy ymmärtämään materiaalien rajapintaa biolääketieteellisissä sovelluksissa. Yksi tutkimuksen painopistealue on antureiden kehittäminen terveydenhuollolle. Materiaalitutkijat kehittävät anturimateriaaleja, jotka ovat nykyistä herkempiä ja tarkempia ja säilyttävät toiminnallisuutensa biologisessa ympäristössä.
Tutkimus julkaistiin Physical Chemistry Chemical Physics -tiedelehdessä.
