Entwicklung eines neuen Sensors zur präzisen Kupfermessung in der medizinischen Forschung

Wissenschaftler der Russischen Nationalen Universität für Wissenschaft und Technologie, NITU MISIS, betonen die essenzielle Bedeutung der Messung von Kupferwerten für die Diagnose und Behandlung von Erkrankungen zusammenhängend mit einem beeinträchtigten Kupferstoffwechsel. Erkrankungen wie Alzheimer, Morbus Wilson, das Menkes-Syndrom und verschiedene Krebsarten stehen damit in Verbindung. Zusätzlich ist die präzise Bestimmung des Kupfergehalts entscheidend für die Bewertung der Effektivität neuer kupferbasierter Medikamente und zur Erforschung ihrer Anreicherung in Körpergeweben, so die Forscher.

Ein Team von Spezialisten der genannten russischen Universität hat in Kooperation mit internationalen Forschern einen hochpräzisen universellen Sensor entwickelt, der Kupferwerte in Echtzeit messen kann. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in der Fachzeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht und eröffnen laut den Wissenschaftlern neue Möglichkeiten für die Diagnostik und Überwachung von Kupferstoffwechselstörungen.

Die Innovation dieses Sensors liegt in seiner Einzigartigkeit begründet: Zum ersten Mal wurde ein Nanosensor vorgestellt, der sowohl in mikroskopisch kleinen Objekten (zwischen zehn und 100 Mikrometern) als auch in ganzen Organen präzise Messungen durchführen kann. Im Gegensatz dazu waren bisherige Sensoren oft größer und spezifisch für bestimmte Anwendungen konzipiert, was ihre Nutzung in der biomedizinischen Forschung stark einschränkte.

Roman Timoschenko, ein Forscher von der MISIS, erklärt den Fortschritt, den dieser neue Sensor bringt:

“Durch den Einsatz des neuen Sensors können mehrfache Messungen an denselben Versuchstieren vorgenommen werden, was die Anzahl benötigter Tiere erheblich reduziert und zugleich die Genauigkeit sowie Vollständigkeit der gewonnenen Daten verbessert.”

Timoschenko fügt hinzu, dass der entwickelte Sensor bereits jetzt eine genauere Überwachung der Kupferwerte ermöglicht und gegenüber bestehenden Methoden mehrere Vorteile bietet. Er ist weniger invasiv und liefert schnellere sowie präzisere Ergebnisse. Im nächsten Schritt ist geplant, den Sensor in ein tragbares Gerät zu integrieren, das für die langfristige Überwachung von Metallwerten in lebenden Organismen geeignet ist.

Die neuartigen nanoskaligen Quarz-Kapillaren des Sensors sind mit Kohlenstoff, Gold und einer speziellen Verbindung ergänzt worden, die eine spezifische Bindung mit Kupfer ermöglicht. Das Prinzip der Erkennung fußt auf der elektrochemischen Oxidation und Reduktion von Kupfer, erfasst durch die Technik der zyklischen Voltammetrie.

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