Carbon-based hybrid nanomaterials for electrochemical detection of opioids

Opioidit ovat vahvoja kipulääkkeitä, joita käytetään potilastyössä vaikean ja keskivaikean kivun hoidossa. Opioidit ovat kuitenkin myös vahvasti riippuvuutta aiheuttavia, ja jos niistä ei annostella oikein tai niiden käyttöä ei valvota, voivat ne johtaa yliannostukseen ja jopa kuolemaan. Viime vuosikymmeninä opioidien käyttö on kasvanut huomattavasti ja niinpä myös niistä aiheutuvat haittavaikutukset ja yliannostuskuolemat ovat yleistyneet. Yksinkertainen ja nopea keino opioidien veripitoisuuden seuraamiseksi mahdollistaisi annostusten yksilöimisen ja helpottaisi diagnosointia epäillyissä yliannostustapauksissa. Tällä hetkellä tällaista ei kuitenkaan ole olemassa laitetta, jolla voitaisiin seurata veren opioidipitoisuutta vierimittauksena. Tämän työn tarkoituksena oli kehittää hiilinanomateriaalipohjaisia sähkökemiallisia antureita, joilla voitaisiin mitata opioidipitoisuuksia biologisista näytteistä. Kahta eri hiilimateriaalia, tetrahedraalista amorfista hiiltä (tetrahedral amorphous carbon, ta-C) ja yksiseinäisiä hiilinanoputkia (single-walled carbon nanotubes, SWCNT) käytettiin elektrodimateriaaleina. Elektrodit pinnoitettiin kationinvaihtopolymeeri Nafionilla biologisista näytteistä aiheutuvan häiriön pienentämiseksi. Hiilipohjaiset sähkökemialliset sensorit ovat erinomaisia kandidaatteja opioidien mittaamiseen haastavissa ympärisöissä, sillä ne ovat erittäin herkkiä, niillä on lyhyt vasteaika ja ne voidaan helposti miniaturisoida kertakäyttöisiksi mittausliuskoiksi. Tässä työssä käytetyillä hiilipohjaisilla elektrodeilla mitattiin onnistuneesti useaa eri opioidia suolaliuoksessa. Nafion-kerroksen lisääminen elektrodin pinnalle mahdollisti lisäksi morfiinin, kodeiinin, tramadolin ja O-desmetyylitramadolin mittaamisen kevyesti laimennetussa veriplasmassa. Nafion myös muutti analyyttien sähkökemiallista käyttäytymistä ja näin lisäsi sekä elektrodien herkkyyttä että niiden selektiivisyyttä. Tärkeä löydös oli myös se, että opioidit käyttäytyivät eri tavalla eri materiaaleilla. Vaikka SWCNT-elektrodeilla nähtiin selkeät hapettumispiikit sekä tramadolille että O-desmetyylitramadolille, niiden yhtäaikainen mittaaminen oli mahdollista ainoastaan Nafion-pinnoitetulla ta-C -elektrodilla sen laajan vesi-ikkunan ansiosta. Tämä tulos korostaa materiaalien valinnan tärkeyttä erikseen kullekin sovellukselle. SWCNT-verkoista valmistettiin lisäksi kertakäyttöisiä, Nafion-pinnoitettuja mittausliuskoja, joilla saatiin mitattua matalia, alle mikromolaarisia pitoisuuksia morfiinia käsittelemättömissä kokoverinäytteissä. Näiden tulosten perusteella voitiin päätellä, että nämä anturit todennäköisesti mittaavat ainoastaan vapaata, proteiineihin sitoutumatonta lääkepitoisuutta. Lisää tutkimuksia on kuitenkin tehtävä tämän vahvistamiseksi. Yhteenvetona voidaan sanoa, että tässä tutkimuksessa käytetyt hiilinanomateriaalit ovat erittäin lupaavia käytettäväksi opioidien havaitsemiseen biologisista näytteistä. Tulevaisuudessa tällainen työkalu voisi mahdollistaa opioidien annostelun yksilöimisen ja sitä kautta lisätä potilashoidon tarkkuutta ja turvallisuutta.