​​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

  • 11/12/2020

    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.
    443
  • 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.
    450
  • 10/11/2020

    Томские ученые исследуют механизмы развития и прогрессирования постинфарктного ремоделирования сердца

    Ученые НИИ кардиологии Томского НИМЦ с коллегами из ТГУ и СибГМУ исследуют роль костных морфогенетических белков (bone morphogenetic proteins, BMP) в процессе развития неблагоприятного постинфарктного ремоделирования сердца.
    333
  • 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.
    452
  • 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.
    440
  • 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.
    860
  • 09/12/2020

    Учёные испытали новые материалы с наночастицами для защитных масок

    Ученые ТГУ, ИФПМ СО РАН и ИХТЦ разработали новые материалы с бактерицидным и вирулицидным эффектом, которые могут применяться для создания различных изделий медицинского назначения, в том числе защитных масок и медицинской одежды.
    656
  • 21/12/2020

    Учёные РФ и Франции выяснят, как пожары могут изменить экосистемы мира

    ​​Двое молодых учёных ТГУ – сотрудники лаборатории «БиоГеоКлим» Артём Лим и Дарья Кузьмина на протяжении двух месяцев работали в одном из ведущих научных центров Франции – Обсерватории Миди-Пиринейз.
    332
  • 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.
    263
  • 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.
    1964