​​Исследователи Сколтеха и их коллеги из России и Израиля разработали новый, простой и недорогой метод тестирования образцов биологических жидкостей, который может быть доработан для использования в клинической практике, в том числе для тестирования образцов в режиме реального времени в процессе операции. Результаты исследования опубликованы в журнале Light: Science & Applications. 

В медицинской практике для диагностического тестирования биологических образцов (например, мочи или слюны) в реальном времени чаще всего применяется метод, основанный на использовании безмаркерных оптических сенсоров, обладающих высокой чувствительностью, обеспечение которой требует больших временны́х и ресурсных затрат. В поиске более эффективной альтернативы существующему методу группа исследователей под руководством профессора Дмитрия Горина из Центра фотоники и квантовых материалов (CPQM) Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и д-ра Романа Носкова из Тель-Авивского университета исследовала характеристику, которая обычно не учитывается в безмаркерных оптических сенсорах. Речь идет об оптической дисперсии коэффициента преломления образца, которая может выступать в роли «отпечатка пальца» для отслеживания изменений в составе образца. 

Исследователи использовали мультиспектральное внутриволоконное оптическое зондирование жидких биологических образцов в статическом режиме и режиме реального времени. По мнению исследователей, этот метод обладает точностью, надежностью и высокой чувствительностью при обнаружении примесей в образце. Благодаря этим характеристикам метод может использоваться как для медицинской диагностики, так и для моделирования различных биологических процессов в режиме реального времени. 

Новый метод измерения дисперсии показателя преломления основан на использовании микроструктурного оптического волокна с полой сердцевиной (HC-MOF) и окружающей ее микроструктурной оболочкой, удерживающей свет внутри сердцевины. Жидкость проникает в полую сердцевину волокна, а спектральные сдвиги в максимумах и минимумах спектра пропускания HC-MOF интерпретируются как сигналы о химическом составе образца. Данная сенсорная система не требует использования внешнего резонатора и интерферометра, поэтому она является простой и недорогой в изготовлении. 

Исследователи проверили, насколько эффективно система справляется с задачей определения концентрации бычьего сывороточного альбумина (БСА), который часто используют при проведении подобных экспериментов. Альбумин растворяли в воде и солевом растворе с фосфатным буфером. В нескольких экспериментах концентрация БСА стабильно определялась с точностью до 1 г БСА на 1 л жидкости, что соответствует уровню точности стандартных тестов на альбумин и в целом отвечает клиническим требованиям. 

 
«Нашу концепцию можно рассматривать в качестве основы для создания методов интраоперационного анализа биомаркеров разных типов. Для этого она должна быть протестирована на других биоаналитах, а волокно с полой сердцевиной необходимо дополнительно модифицировать для повышения специфичности метода. Будущие испытания этих устройств, предназначенных для использования по месту оказания медицинской помощи, станут первым шагом на пути к реализации метода, работающего по принципу «от лабораторных исследований до клинической практики», − отмечает профессор Горин. 

 
«Мультиспектральное внутриволоконное оптическое зондирование открывает новые возможности для создания быстрых, дешевых и надежных методов анализа образцов крови и других биологических жидкостей в режиме реального времени, что имеет важное значение для своевременной диагностики различных заболеваний и аномальных состояний», − добавляет д-р Носков. 

 
Исследователи планируют продолжить исследования с целью повышения специфичности и чувствительности метода, а также подать патентную заявку и найти индустриальных партнеров и инвесторов, заинтересованных в разработке клинических устройств на основе сенсоров этого типа. 

 
Исследование проводилось в рамках сотрудничества между Сколтехом и Тель-Авивским университетом при участии специалистов Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, МГУ им. М.В. Ломоносова, МФТИ, Томского государственного университета, Института проблем точной механики и управления РАН, а также индустриального партнера – ООО НПП «Наноструктурная Технология Стекла».
 
Источник информации: Сколтех 
Фото: https://www.skoltech.ru/en​

Похожие новости

  • 11/02/2021

    Ученые из РФ и Франции изучат влияние ветров на загрязнение Арктики тяжелыми металлами

    Российские и французские ученые к 2022 году впервые изучат влияние ветров на загрязнение территорий Сибири и Арктики тяжелыми металлам, для этого будут отобраны и исследованы пробы снега, воды и лишайников от Томской области до Ямала, сообщил ТАСС участник проекта, директор Центра коллективного пользования "Мегапрофиль" научного управления Томского госуниверситета (ТГУ) Сергей Воробьев.
    367
  • 15/12/2020

    Научная группа приступила к разработке трёх новых подходов к неинвазивной диагностике вирусных и бактериальных инфекций

    Научная группа, в которую вошли сотрудники Томского, Саратовского, Московского государственных университетов и Университета Олбани (США), в рамках мегагранта приступила к разработке трёх новых подходов к неинвазивной диагностике вирусных и бактериальных инфекций.
    552
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1038
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    615
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    555
  • 11/12/2020

    Почему земля вкусная: ученые ТПУ ищут "рецепт" от загадочных болезней

    ​​​Ученые Томского политеха (ТПУ) отправились в экспедицию на Алтай, где будут методами биогеохимии изучать причины геофагии (поедания почвы) животных. Такие исследования прошли в Приморье и предстоят в Забайкалье, в комплексе они расскажут, как окружающая среда и геология местности влияют на живые организмы.
    585
  • 03/03/2021

    Новый материал для лечения сложных ожогов разрабатывают химики ТГУ

    Молодой ученый химического факультета Томского госуниверситета Олеся Лапуть работает над созданием материала, способствующего ускорению регенерации повреждённых кожных покровов. Основным инструментом для достижения этой цели выступает обработка потоками низкотемпературной плазмы, модифицирующей поверхность импланта.
    633
  • 12/03/2021

    Ученые разработали сенсор с нанопорами для обнаружения допинга в крови

    Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из разных стран разработали новый сенсор с двумя слоями наноразмерных пор. В экспериментах он показал эффективность в качестве сенсора для одного из допинговых веществ из «зеркальных» молекул.
    343
  • 28/10/2020

    Российские ученые нашли экологически чистую замену углю

    Улучшить свойства доступных видов биотоплива смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ). По словам авторов, им удалось получить из торфа и отрубей экологически чистое топливо, не уступающее по эффективности бурому углю.
    1101
  • 03/07/2020

    Мегагранты: чем занимаются лаборатории, открытые в рамках программы

    Программа мегагрантов была запущена в 2010 году. Она подразумевает международное сотрудничество российских вузов и научных организаций с ведущими зарубежными учеными и научно-образовательными центрами в сферах науки, образования и инноваций.
    2366