Ученые из Университета Вестлейк в Ханчжоу разработали портативное устройство, способное обнаруживать биомаркеры рака в одной капле крови с точностью, значительно превышающей возможности традиционных методов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.
Современные системы для поиска раковых биомаркеров в крови обычно требуют громоздкого лабораторного оборудования — спектрометров, призм и сложных оптических систем размером с крупный холодильник. Китайские исследователи смогли уменьшить такую систему до компактного прибора размером с ладонь.
В основе технологии лежит метод нанофотонного сенсинга, при котором анализируется не длина световой волны, а изменение интенсивности света при прохождении через образец крови. Для этого ученые создали специальный трехмерный чип из метаматериалов — искусственных структур, способных необычным образом управлять светом.
Разработчики также решили одну из главных проблем подобных технологий — высокую стоимость производства. Вместо медленного изготовления каждого чипа по отдельности исследователи создали систему массовой печати микросхем. Это позволило снизить стоимость одного сенсора примерно до пяти долларов.
Устройство состоит всего из трех основных компонентов: оптического сенсора, светодиодного источника света и фотодетектора. Благодаря этому систему можно использовать не только в лабораториях, но и потенциально в домашних условиях.
Для проверки технологии ученые протестировали устройство на выявлении малых внеклеточных везикул — микроскопических частиц, связанных с развитием рака легких. Эти биомаркеры особенно трудно обнаружить на ранних стадиях заболевания, поскольку их концентрация в крови крайне мала.
В испытаниях на 171 образце крови пациентов устройство показало точность до 94,9% при раннем выявлении рака легких. Для сравнения, стандартный иммуноферментный анализ продемонстрировал точность около 74,7%. По данным авторов, новая система оказалась примерно в 10 тысяч раз чувствительнее традиционных методов.
Исследователи считают, что технология может использоваться не только для диагностики рака, но и для других видов медицинского скрининга, где требуется быстрое обнаружение биомаркеров в минимальном объеме крови.
Ранее ученые научились распознавать боль по микродвижениям лица.