Weidong Zhao, Tie Wang en collega’s van vier onderzoeksinstituten in Beijing maken gebruik van surface-enhanced Raman scattering (SERS), een vorm van Ramanspectrometrie waarbij een wisselwerking tussen nanometaaldeeltjes en de te analyseren moleculen het signaal fors versterkt. SERS is extreem gevoelig en daarom populair bij het zoeken naar schaarse biomarkers in lichaamsvloeistoffen. Maar in de praktijk lukt dat alleen na een zuiveringsstap, omdat eiwitresten anders een ondoordringbaar laagje op de sensor vormen.

Sinaasappels

In de Chinese sensor zit die zuivering als het ware ingebouwd. Als ondergrond dienen SiO₂-nanobolletjes. Net als bij sinaasappels blijven daartussen altijd openingen vrij, hoe netjes je ze ook naast elkaar legt. Op de bovenzijde van het SiO₂ damp je een dun laagje goud voor de hechting, en over die laag verdeel je vooraf gekweekte nanogoudklontjes die voor de signaalversterking zorgen.

Druppel je hier traanvocht of een ander biologisch sample op, dan wordt het vanzelf door de openingen gezogen. Zijn de SiO₂-bolletjes groot genoeg (volgens de auteurs is 500 nm het minimum), dan passen ook de eiwitten ertussen. Alleen moleculen die van nature sterk aan een goudoppervlak binden, blijven bovenop liggen en leveren een bijdrage aan het SERS-signaal.

De onderzoekers hebben hun sensor getest met bilirubine, een metaboliet die geelzucht veroorzaakt wat weer een symptoom is van een slecht functionerende lever. Een bilirubinemolecuul bevat vier pyridines die prima aan goud binden en blijkt bij 1.495 cm^-1 een karakteristieke piek te geven. Uit 3D-prints knutselden de auteurs een testsetje in elkaar dat een traan opvangt in een ooghoek. Inderdaad konden ze patiënten met klinisch vastgestelde geelzucht trefzeker onderscheiden van gezonde mensen.

Graal

Menno Prins, die aan de TU Eindhoven de groep Molecular Biosensing for Medical Diagnostics leidt, is voorzichtig met zijn oordeel. Wel bevestigt hij dat samplevoorbereiding essentieel is bij SERS. Ook wijst hij er op dat de vochtproductie van traanklieren niet constant is, en de verdunning van aanwezige biomarkers dus ook niet. Prins stuurt een publicatie door van de Amerikaanse analytisch chemicus John L. Smith, die al tientallen jaren de zoektocht bijhoudt naar de diagnostische Heilige Graal: een non-invasieve glucosesensor voor diabetici. Ook daarbij passeren traanvochtsensoren de revue, zij het met andere meetprincipes dan SERS. De bekendste is de contactlens die onderzoekers van techgigant Google jarenlang van de straat hield, totdat ze eind 2018 moesten toegeven dat het nooit ging werken. De correlatie tussen traan- en bloedsuiker bleek simpelweg niet goed genoeg. Omstreeks dezelfde tijd meldde de Nijmeegse startup NovioSense veelbelovende fase 2-tests met een sensor die onder het onderste ooglid werd verstopt. Zelfs aartscynicus Smith toonde zich onder de indruk, maar ook van NovioSense is sindsdien niets meer vernomen.

De Chinezen lijken er verstandig aan te hebben gedaan om niet te kiezen voor glucose, maar voor biomarkers waarvan de exacte concentratie er minder toe doet. Ongetwijfeld zal het ook werken met andere biomoleculen die affiniteit vertonen met nanogoud. Maar of daar megagoud mee valt te verdienen?

Weidong Zhao, et al. (2022) Angewandte Chemie, doi:10.1002/anie.202205628