Niedobór dopaminy jest oznaką ciężkich chorób układu nerwowego. Badania stężenia tego neuroprzekaźnika są drogie i wymagają specjalistycznej aparatury, niedostępnej w gabinetach lekarskich. Sytuacja może się zmienić dzięki wynalazkowi z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Nowe elektrody, pokryte nanocząstkami węgla osadzonymi na drobinach polikrzemianowych, pozwalają łatwo i tanio wykrywać dopaminę.
Elektrody skonstruowane w IChF PAN z powodzeniem wykorzystano do badania stężeń dopaminy w roztworach w obecności kwasów moczowego i askorbinowego oraz paracetamolu, substancji utrudniających analizę. Opracowana metoda otwiera drogę do tanich i szybkich testów medycznych. Za ich pomocą lekarze już w swoich gabinetach mogliby z dużym prawdopodobieństwem ustalić, czy pacjent może cierpieć na pewne schorzenia układu nerwowego, takie jak choroba Parkinsona.
Elektrody opracowane w Instytucie Chemii Fizycznej PAN składają się z naprzemiennych warstw drobin polikrzemianowych i nanocząstek węgla. Polikrzemianowe drobiny mają rozmiary od 100 do 300 nanometrów, pełnią rolę szkieletu rozbudowującego powierzchnię elektrody. Są gęsto pokryte nanocząstkami węgla (w rozmiarach od 8 do 18 nm), które tworzą właściwą, przewodzącą prąd powierzchnię roboczą.
Wytwarzanie elektrod z nowymi pokryciami jest tanie. Elektrody naprzemiennie zanurza się na kilka sekund w odpowiednio przygotowanych zawiesinach, raz z drobinami polikrzemianowymi, raz z nanocząstkami węglowymi. Nanocząstki węglowe mają grupy funkcyjne naładowane ujemnie, a polikrzemiany dodatnio. Występujące między nimi oddziaływania elektrostatyczne są dość silne. Sprawdziliśmy, że wielokrotnie powtarzając zanurzenia można na powierzchni elektrody zbudować "kanapkę" nawet z 24 warstw - opisuje doktorantka Anna Celebańska z IChF PAN.
Z niedoborem dopaminy mamy do czynienia na przykład w chorobie Parkinsona, jego wykrywanie ma istotne znaczenie medyczne. Zadanie jest trudne, ponieważ stężenie dopaminy w płynach ustrojowych, nawet u osób zdrowych, jest bardzo małe. Co gorsza, w próbkach z dopaminą zazwyczaj są obecne inne substancje, takie jak kwas moczowy i askorbinowy. Oba związki generują podobne sygnały co dopamina, a występują w stężeniach tysiąckrotnie większych.
Nowa metoda polega na zanurzeniu elektrody z nanocząstkami węglowymi w odpowiednio przygotowanym roztworze z próbką i przyłożeniu potencjału elektrycznego. Dopamina jest elektrochemicznie aktywna, dobierając odpowiednią wartość potencjału można ją utlenić. Jej sygnał przesłaniają zwykle sygnały, pochodzące od kwasów askorbinowego i moczowego. Jednak dzięki nanocząstkom węgla na powierzchni elektrod, wartości potencjałów, przy których następuje utlenienie obu kwasów, zmieniają się. W efekcie piki na wykresie rozdzielają się i sygnał pochodzący od dopaminy staje się widoczny.
Wyniki przeprowadzonych testów okazały się bardzo dobre. Nasza metoda należy do jednych z najczulszych sposobów detekcji dopaminy - mówi Celebańska. Detekcja tą metodą możliwa jest jednak tylko dla stężeń dopaminy w płynach ustrojowych osoby zdrowej. Jeśli stężenie jest mniejsze, detektor nie zadziała. To będzie sygnał, że mamy do czynienia ze stanem chorobowym.
Obecne metody badania stężenia dopaminy są drogie i wymagają specjalistycznego sprzętu. W przyszłości nowe elektrody, zastosowane w prostych i tanich przyrządach do detekcji substancji chemicznych, mogłyby przydać się w gabinetach lekarskich do wstępnej diagnostyki pacjentów.
Na podstawie informacji prasowej Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.