Leheletből is kimutatható lesz a rák

Néhány éven múlva vérvétel vagy rákszűrés helyett elegendő lesz belefújni egy szondába a betegségek egész skálájának kimutatásához, a cukorbajtól a szalmonellafertőzésen át a tüdőrákig. A fejlesztők szerint az önvizsgálatot lehetővé tevő készülékek közegészségügyi forradalmat idézhetnek elő.

A New York-i Stony Brook Egyetem kutatói által kifejlesztett befújós szonda és jövőbeni leszármazottai idővel kiválthatják a hagyományos laboratóriumi tesztek és szűrővizsgálatok egy részét: mintának nem igényelnek mást, mint egyetlen lélegzetet, az eredményt pedig azonnal közlik. Mindez a nanotechnológia újszerű alkalmazásának köszönhető.

Tucatnyi vizsgálat egy kilégzésnyi levegőből

A befújásra szolgáló kis szelep a levegőt egy fél cipősdoboznyi, mindössze 40 dekát nyomó készülékbe vezeti. A befújást követően a berendezésen azonnal kigyullad az eredményt jelző lámpák valamelyike: a zöld fény azt jelenti "megfelelt", a piros viszont arra figyelmeztet, hogy okosabb lesz orvoshoz fordulni egy alaposabb kivizsgálásért. A készülék lelke egy parányi érzékelő chip, amelyet nanoméretű - elektronmikroszkóp alatt nézve leginkább spagettire emlékeztető -szálacskák borítanak. A nanostrukturált felület óriási fajlagos felszíne és atomjainak sajátos kristálymintázata lehetővé teszi, hogy a szenzor a kérdéses molekulának már néhány példányát is kimutassa a milliárdnyi egyéb gázrészecske tengerében.

A hasznos kis eszközöket a patikákban egyelőre hiába keresnénk: mind a cukorbetegek számára kifejlesztett aceton-szonda, mind a vesedialízis sikerességét értékelő ammónia-szonda jelenleg még a klinikai kipróbálás útját járja. De ez talán nem is olyan nagy baj, mert a kutatók a technológia fejlődésének ütemét látva azt jósolják, rövidesen egyetlen készülék képes lehet elvégezni mindazokat a vizsgálatokat, amikre most még külön-külön szondákat kell vásárolni. Pár éven belül bárki számára elérhető lehet egy olyan kéziszonda, amely a cukorbajtól a tüdőrákig a betegségek egész skáláját képes érzékenyen kimutatni - egy kilégzésnyi levegőből.

A véralkoholszint becslésére alkalmas, alighanem mindenki által ismert szondákon túl a kórházakban már most is rendelkezésre állnak a tüdőfertőzések jelzésére alkalmas nitrogénoxid-szenzorok; ezek a berendezések azonban egyelőre nincsenek kereskedelmi forgalomban. A Stony Brook fejlesztőcsapata úgy becsüli, hogy a majdani sorozatgyártott készülékek fogyasztói árát 20 dollárra (mai árfolyamon kb. 4500 forintra) tudják leszorítani. Ez komoly közegészségügyi áttörést hozhat, hiszen a multifunkciós szondák révén mindenki őrködhet majd a saját egészsége fölött- köztük sok olyan ember is, aki egy szűrővizsgálatra talán sosem menne el.

Forrás: National Science Foundation/Stony Brook University

Elektromos fonással készülő nanoszálak

Az alacsony ár titka az, hogy a szonda lelkét adó nanokerámia valójában olcsó, tömeggyártásra alkalmas anyagféleség. Az előállítás során az ún. electrospinning ("elektromos fonás") technológiáját alkalmazzák arra, hogy folyékony alapanyagból a nanoléptékű átmérőhöz képest nagyon hosszú, mégis egyetlen kristályból álló fonalakat hozzanak létre. A folyadékot fecskendőbe töltik, és vékony sugárban nagyfeszültségű elektromos térbe fecskendezik. Az erőtér hatására a folyadékból hosszú, nagyon vékony szál húzódik, amely kikristályosodva a fecskendővel szemben elhelyezett, egyben elektródként is működő alufólia-felszínre csapódik le. A szál olyan hosszú, hogy egy telitöltött fecskendőből kihúzva a Holdig is elérne - miközben még mindig egyetlen kristályból áll.

Különböző nanoszálak léteznek, amelyek az őket alkotó fém- és oxigénatomok egyedi elrendezésének köszönhetően más és más vegyületeket képesek csapdába ejteni - magyarázza Perena Gouma, a Stony Brook kutatócsoportjának vezetője. Míg egyes nanoszálak az ammónia-molekulákra fogékonyak, mások egyedül az acetonra, megint mások kizárólag a nitrogén-oxidra érzékenyek. Mivel egyik vagy másik molekula megjelenése a leheletben más és más betegségre, anyagcsere-rendellenességre utal, a különböző nanoszálakkal ellátott chipek változatos diagnosztikai feladatok ellátására lehetnek alkalmasak.

Egész kórokozók kimutatása is lehetséges

A fizikától az anyagtudományokon át az orvoslásig számos tudományterületen átívelő fejlesztés alapja a gázdetektorok miniatürizálása során megszerzett nanotechnológiai tudás volt. Gouma szerint azonban most már olyan nanoszálak is tervezhetők, amelyek nem gázmolekulákat, hanem egész kórokozókat ismernek fel: vírusokat mutatnak ki, a szalmonella és más bélfertőzések, vagy éppen a lépfene baktériumait azonosítják. Ő úgy véli, ezzel olyan izgalmas távlatok nyílnak, hogy a jövőbeli alkalmazások lehetséges köre még csak nem is sejthető.