Российские ученые разработали гибридный сенсор, который поможет в диагностике рака
Команда ученых из ВШЭ, Сколтеха, МПГУ, МИСИС создала нанофотонный микрофлюидный сенсор, потенциально применимый для диагностики, сопровождения и оценки эффективности лечения онкологических заболеваний. Сейчас устройство с высокой точностью идентифицирует газы и жидкости при их низких концентрациях в растворах.
Статья опубликована в журнале Optics Letters. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2020 году раком заболели 19,3 миллиона человек, 10 миллионов из них скончались. Специалисты ВОЗ считают, что более трети случаев онкозаболеваний возможно предотвратить, еще такое же количество вылечить, если обнаружить онкологию на ранней стадии.
Один из перспективных способов ранней диагностики — компактные «лаборатории на чипе» — миниатюрные сенсорные приборы, микросхемы, способные выполнить сложный биохимический анализ. Российские исследователи разработали новый гибридный сенсор на нитридкремниевой платформе, распознающий газы и жидкости при минимальной их концентрации в растворах.
«Наше исследование — важный шаг в сторону создания компактной “лаборатории на чипе”, которая по минимальному количеству крови пациента сможет не только выдавать полноценный анализ, но и диагностировать маркеры онкологических болезней на ранних этапах. В идеале мы стремимся к простой конфигурации: небольшое переносное устройство, в которое пациент клиники предоставит каплю крови, врач нажмет кнопку “пуск” и получит наглядный результат. Например, “Ваши показатели в норме” или “Пройдите дополнительное обследование”», — объясняет профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Григорий Гольцман.
Устройство состоит из нанофотонной и микрофлюидной частей. Нанофотонная — расположенные на чипе высокочувствительные оптические датчики, а микрофлюидная — каналы над ними. Прокачиваемые через каналы жидкости или газы влияют на распространение оптического излучения в чувствительных нанофотонных элементах, изменяя выходные спектральные характеристики. На основании этих изменений ученые делают выводы о составе пробы.
Особенность устройства — малый размер микрофлюидных каналов, которые доставляют пробы к чувствительным частям устройства. Такая конфигурация позволяет получать результаты даже при малом объеме проб. Это критично в случаях, когда невозможно провести анализ на месте и пробы необходимо перевозить в другой город для подробного изучения.
Кровь человека включает ряд компонентов, которые можно анализировать для постановки предварительных диагнозов. Один из них — внеклеточные везикулы (экзосомы — микроскопические пузырьки, выделяемые в межклеточное пространство клетками тканей и органов).
«Клетки общаются друг с другом. В этом им помогают внеклеточные везикулы, в том числе и экзосомы, которые работают как СМС, — рассказывает профессор Сколковского института науки и технологий Дмитрий Горин. — Однако из-за внутренних (генетическая предрасположенность) или внешних факторов (экология, радиация) у клетки нарушается режим работы и она начинает отправлять “неправильные СМС”, провоцируя неконтролируемое деление клеток и развитие опухоли».
На ранней стадии развития онкологии количество экзосом в крови увеличивается до аналитически значимых значений, сигнализирующих о наличии болезни, что позволяет использовать экзосомы как маркер онкологии. Ученые планируют применять такой способ диагностики после доработки устройства.
На данном этапе эксперименты проводились не на пробах крови, а на модельном объекте. Сенсор тестировали на различных концентрациях изопропилового спирта в воде. Всего было представлено 20 разных концентраций (от 0,08 до 72 процентов по массе). Спирт хорошо растворяется в воде, что позволило исследовать растворы с низкими исходными концентрациями.
Так устройство обнаружило спирт в растворе, где на 12 молекул спирта приходился миллион молекул воды. Пока прибор работает только на двухкомпонентных растворах. В будущем планируется анализировать сложные многокомпонентные составы за счет модификации поверхности чувствительных датчиков специальными рецепторами (аптамерами, антителами, дарпинами, пептидами) с помощью микрофлюидных каналов.
«Сейчас устройство и необходимое экспериментальное оборудование для его работы довольно громоздкие. Установка содержит перистальтический насос, перестраиваемый лазер, детектор, чип и персональный компьютер для обработки полученных данных, — объясняет один из авторов статьи, выпускник ВШЭ, аспирант Сколтеха Алексей Кузин. — В будущем мы бы хотели сделать компактное сенсорное устройство для экспресс-тестирования, которое позволит сократить временные и материальные издержки для диагностики, сопровождения и оценки эффективности лечения онкологических заболеваний».
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно