Использование света для наблюдения за раком
Исследователи EPFL разработали технологию, основанную на нанофотонике и науке о данных, для обнаружения и мониторинга биомаркеров рака на ранней стадии. Их исследование опубликовано в Nature Communications .
Врачи исследуют жидкости организма своих пациентов, такие как кровь, моча, слюна или мазки из носа, для диагностики. Это связано с тем, что вещества в таких биожидкостях могут предоставить жизненно важную информацию о состоянии здоровья. Биосенсоры — это новые устройства, способные анализировать такие биопробы и искать вещества, указывающие на болезнь. Тесты на COVID-19 — самые современные примеры биосенсоров. Из биологических жидкостей они могут обнаруживать различные вещества, такие как биомолекулы на поверхности вируса (белки), вирусный генетический материал (РНК / ДНК) или даже иммунный ответ организма на вирус (антитела). Эти биологические вещества, которые могут указывать на наличие заболевания, называются биомаркерами.
Количество раковых заболеваний увеличивается
В этом отношении биосенсоры имеют важнейшее значение для здравоохранения, поскольку они поддерживают управление инфекционными заболеваниями для предотвращения пандемий и диагностики таких опасных для жизни состояний, как рак. Являясь второй ведущей причиной смерти во всем мире, рак вызывает более 9 миллионов смертей в год, и это число продолжает расти. «Ранняя диагностика часто связана с повышенной вероятностью излечения, полного выздоровления и более высокого качества жизни для больного раком. Поэтому наличие доступа к надежным биосенсорам для раннего выявления рака и мониторинга лечения чрезвычайно важно», — говорит Хатидже Алтуг. руководитель Лаборатории бионанофотонных систем Инженерной школы.
Один цвет света
Чтобы оказать значительное влияние на общество, биосенсоры должны быть быстрыми, недорогими, простыми в использовании, компактными и автономными, чтобы ими могли удобно пользоваться врачи, парамедики, лица, осуществляющие уход, и сами пациенты. Оптические методы — это мощные подходы, которые исключительно важны для биочувствительности. «Большинству оптических биосенсоров для надежной работы требуется широкий диапазон цветов света, таких как радуга. Этот факт требует применения громоздких, дорогих и сложных инструментов, таких как спектрометры, для извлечения наиболее точных данных из каждого цвета светового спектра , ограничивая широкое использование оптических биосенсоров, — говорит Ясаман Джахани, докторант. Чтобы решить эту проблему, Ученые EPFL представили новую концепцию, которая позволяет использовать свет только одного цвета для работы с простым детектором изображения. Тем не менее, эта система обеспечивает высокоточную информацию биосенсора, как если бы датчики были освещены всей радугой.
Нанофотоника и наука о данных
В новом методе используются два умных трюка: нанофотоника и методы анализа данных . Оптические чипы, используемые для биочувствительности, содержат наноструктуры из кремния. Этот материал, который произвел революцию в индустрии микроэлектроники, теперь играет ключевую роль в нанофотонике. Наноструктурированные кремниевые поверхности с элементами порядка 100 нм эффективно улавливают свет на границе раздела биопроба / чип. «Это делает биосенсор очень чувствительным к присутствию биомаркеров, что приводит к отчетливым изменениям характеристик падающего света. В устройстве этой особенностью является изменение« количества »собираемого света, известное как интенсивность света.», — говорит Ясаман Джахани. Типичная камера непрерывно принимает свет, который проходит через биочип, чтобы получить серию изображений с биочипа с информацией об интенсивности на миллионах пикселей изображения.» Когда биомаркеры прикрепляются к наноструктурам на биочипе, интенсивность меняется изображения составляются из индуцированного изменения интенсивности каждого пикселя с очень высоким разрешением », — добавляет профессор.
