В России разработали наносенсоры для диагностики глиомы

По словам заведующего лабораторией терагерцовой фотоники ИАиЭ СО РАН Назара Николаева, благодаря наносенсорам можно диагностировать заболевание на ранней стадии.

Учёные Института автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН разработали наносенсоры для ранней диагностики опухоли головного мозга – глиомы. Сенсоры работают в терагерцовом диапазоне частот, рассказал ТАСС в субботу заведующий лабораторией терагерцовой фотоники ИАиЭ СО РАН Назар Николаев.

"Совместно с Новосибирским государственным университетом мы разрабатываем метаматериалы – искусственные материалы с заданными оптическими свойствами. <…> На базе таких метаматериалов создаются сенсоры для решения задач биологии. В частности, нами проведена апробация сенсоров маркеров глиомы", – рассказал Николаев.

По его словам, глиобластома – наиболее распространённый вид глиомы – плохо поддается ранней диагностике, опухоль можно увидеть с помощью МРТ уже на поздних стадиях. Наносенсоры же могут дать возможность ранней диагностики заболевания. Разработанные сенсоры были изготовлены специалистами Института физики полупроводников СО РАН методом нанолитографии.

Н. Николаев пояснил, что недавно было открыто, что некоторые маркеры онкологических заболеваний обладают особенностями в терагерцовом спектральном диапазоне, в отличие от инфракрасного и видимого. Маркер глиобластомы – гидроксиглутарат, представлен двумя изомерами. В здоровом организме количество данного маркера невелико и значительно возрастает при глиобластоме, при этом баланс изомеров позволяет дифференцировать стадию глиомы.

"Интересным фактом оказалось то, что изомеры обладают резонансами на терагерцовых частотах, и мы с помощью спектроскопии можем их различить. Однако сенсоры позволяют значительно повысить чувствительность метода за счёт повышенной концентрации электромагнитного поля в нанорезонаторе, которое таким образом может эффективно взаимодействовать с отдельной молекулой. Каждый изомер обладает своей уникальной частотой резонанса, под которую и разрабатывается сенсор, что в свою очередь позволяет с их помощью измерять баланс изомеров и таким образом диагностировать заболевание", – пояснил учёный.

По словам Николаева, сейчас идёт этап тестирования разработанных приборов. В будущем система диагностики может выглядеть следующим образом: на сенсор (чип) капается капля крови, ожидается, что в микрорезонаторы попадают изомеры молекул гидроксиглутарата, и далее с помощью источника терагерцового излучения или спектрометра определяется их баланс и наличие или отсутствие патологического состояния.

О метаматериалах

Метаматериалы, на базе которых изготовлен сенсор, представляют собой субволновой регулярный массив микроструктур, их можно также назвать микро- или нанорезонаторами, поскольку они обладают плазмонным резонансом. Необходимые оптические характеристики материала, связанные с положением резонанса (в данном случае в терагерцовом спектральном диапазоне), достигаются моделированием периода и геометрии микроструктур. После происходит их изготовление и характеризация оптических свойств с помощью разработанного в ИАиЭ СО РАН терагерцового спектрометра.

Терагерцовое излучение (300–3000 ГГц) – электромагнитное излучение с субмиллиметровой длиной волны, занимает на шкале частот промежуточное положение между инфракрасным излучением и радиочастотным СВЧ-диапазоном.

new2023 06 10 p1