Новосибирские учёные Института автоматики и электрометрии СО РАН разработали наносенсоры для ранней диагностики опухоли головного мозга – глиомы. Глиобластома является наиболее распространённым видом глиомы, при этом она плохо поддаётся ранней диагностике – только на поздних стадиях опухоль можно увидеть с помощью МРТ. Новые сенсоры позволят находить злокачественные новообразования раньше, что повысит шансы на успешное лечение.
«Все началось с того, что наша команда, будучи в то время еще в составе другой лаборатории, разработала спектрометр, работающий в терагерцовом спектральном диапазоне. – рассказал нам заведующий лабораторией терагерцовой фотоники ИАиЭ СО РАН Назар Николаев. – Этот диапазон еще называют дальним инфракрасным. Поскольку прибор был на тот момент достаточно востребованным в научном сообществе, это позволило выстроить научные связи с рядом научных коллективов и провести множество совместных исследований».
Учёные начали тесное сотрудничество с группой исследователей из Новосибирского государственного университета, занимающейся разработкой оптических метаматериалов для миллиметрового диапазона волн. Метаматериалы — искусственные материалы, обладающие особыми свойствами. На базе них разрабатываются фильтры, пропускающие очень узкий диапазон длин волн, разные оптические элементы, а также сенсоры.
«Сенсоры, как метаматериалы, концентрируют оптическое поле с длиной волны совпадающей с его резонансом в микро и даже нано размер, что позволяет повысить эффективность взаимодействия этого поля с тонкими слоями вещества, наносимыми на сенсор, а иногда и с отдельными молекулами, попадающими на наноструктуру сенсора. И в случае совпадения колебательной частоты молекулы с резонансной частотой сенсора, у последнего изменяется спектр пропускания. Именно это изменение мы фиксируем с помощью разработанного нами спектрометра», – рассказал нам Назар Николаев.
Учёные начали разрабатывать новый сенсор, способный детектировать малые концентрации каких-либо биологических молекул, например, онкомаркеров. Такой прогресс стал возможен благодаря объединению групп специалистов, разрабатывающих метаматериалы и ученых, проводящих биологические исследования.
На сегодняшний день вся команда работает в недавно созданной лаборатории терагерцовой фотоники Института автоматики и электрометрии СО РАН в Новосибирске.
Сейчас идёт этап тестирования и исследования возможности применения сенсоров, разработанных для диагностики раствора чистого вещества, являющегося маркером глиобластомы. В случае успеха учёные ожидают возможность проведения тестирования на плазме крови пациентов медучреждений и отработки метода диагностики.
В будущем система диагностики может выглядеть следующим образом: на сенсор капается капля крови, ожидается, что в микрорезонаторы попадают изомеры молекул гидроксиглутарата, и далее с помощью источника терагерцового излучения или спектрометра определяется их количество, на основе которого определяется наличие или отсутствие патологического состояния.
ГОР