Neugeborenen-Ikterus: Smartphones und Nanotechnologie ermöglichen rasche Feststellung

Chinesische Wissenschaftler haben kürzlich eine innovative Dual-Mode-Sensorplattform mit Upconversion-Nanopartikeln (UCNPs) für den Bilirubinnachweis in komplexen biologischen Proben entwickelt.

Die Plattform kombiniert Fluoreszenz- und kolorimetrische Methoden und ist laut den Entwicklern hochempfindlich bei niedriger Nachweisgrenze. Das Team um Prof. Jiang Changlong vom Institut für Festkörperphysik der Hefei Institute of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (China) publizierte seine Forschungsergebnisse kürzlich in „Analytical Chemistry“. Den Wissenschaftlern zufolge stellt ihre Plattform einen neuen technologischen Ansatz für die Frühdiagnose eines Ikterus dar.

Gelbsucht ist ein schwerwiegendes Gesundheitsproblem bei Neugeborenen, von dem laut den Autoren 60 Prozent aller Neugeborenen betroffen sind. Erhöhte freie Bilirubinwerte dienen als Hinweis auf Gelbsucht: Bei gesunden Personen liegen Werte zwischen 1,7 μm und 10,2 μm vor. Konzentrationen unter 32 μm führen in der Regel nicht zu klassischen Symptomen. Ein rascher und exakter Nachweis von Bilirubin bei Neugeborenen ist entscheidend. UCNPs bieten aufgrund ihrer minimalen Hintergrundfluoreszenzinterferenz einen vielversprechenden Ansatz für den Nachweis kleiner Moleküle in biologischen Proben. Ihre geringe Lumineszenzintensität schränkt jedoch ihre Wirksamkeit ein, was den Bedarf an UCNP-Sonden mit höherer Emissionsintensität für den Bilirubinnachweis unterstreicht.

Zinkionen-Dotierungsstrategie eingesetzt

Um dieses Problem zu lösen, setzte das Forschungsteam eine Zinkionen-Dotierungsstrategie ein, um das Wachstum von Upconversion-Nanokristallen zu regulieren, die Energietransfereffizienz der Nanopartikel zu verbessern und so eine effiziente, hochintensive Upconversion-Lumineszenz zu erreichen. Darüber hinaus wurde eine visuelle Sensorplattform mit 980 nm Nahinfrarot-Anregung zur Upconversion für den Serumbilirubinnachweis entwickelt. Durch die Kombination von UCNPs mit Sulfosalicylsäure und Eisenionen zu einer effizienten Upconversion-Nanosonde wurden Fluoreszenz- und kolorimetrische Gradientenänderungen in Gegenwart von Bilirubin beobachtet, was einen präzisen Nachweis von Bilirubin ermöglichte.
Mittels 3-D-Drucktechnologie entwickelten die Forschenden eine tragbare Sensorplattform. Durch die Kombination mit der Farberkennungsfunktion eines Smartphones bietet sie laut den Wissenschaftlern eine komfortable und schnelle Lösung für klinische Tests.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der Fluoreszenzmodus des Sensors eine Nachweisgrenze von nur 21,4 nm erreicht und so einen präzisen Bilirubinnachweis in komplexen biologischen Matrices ermöglicht. Diese Studie demonstriert nach Auffassung der Autoren eine starke Upconversion-Lumineszenzemission und unterstreicht das Potenzial für eine frühzeitige Krankheitsdiagnose durch hochsensitive Biomarker-Erkennung.