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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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