Ученые из Новосибирского государственного университета (НГУ) разработали наноантенный сенсор для ранней диагностики рака, сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ. Устройство обнаруживает биомаркер L‑2‑гидроксиглутарат — вещество, которое накапливается при ряде онкологических заболеваний. Такой сенсор может стать основой для более простой и быстрой ранней диагностики рака. Выявление этого маркера на ранних стадиях помогает правильно подобрать лечение.
L-2-гидроксиглутарат играет важную роль во многих физиологических процессах и рассматривается как биомаркер для различных типов онкологических заболеваний. Увеличение его уровня происходит в злокачественных опухолях головного мозга, поджелудочной железы, почек и других органов. Для правильной диагностики и прогнозирования течения заболевания необходимо знать, какова концентрация L-2-гидроксиглутарата в органах и тканях пациента. В этих целях в настоящее время применяются методы газовой и жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией для определения уровня этого биомаркера в сыворотке крови и спинномозговой жидкости. Эти методы требуют сложной пробоподготовки и дорогостоящего оборудования. Имеются и другие методы диагностики, направленные на обнаружение изменений состава крови, однако для них требуется длительное время и, как правило, их выполняют строго по врачебным показаниям. Некоторые заболевания длительное время развиваются скрытно, поэтому их своевременное выявление затруднено. Например, глиома — опухоль, поражающая глиальные клетки головного или спинного мозга, — нередко не дает о себе знать до определенного момента, проявляясь зачастую на поздних стадиях, когда терапия либо малоэффективна, либо вообще невозможна. Поэтому мы предприняли попытку разработать оптические системы, способные проводить экспресс-диагностику путем выявления превышения уровня концентрации L-2-гидроксиглутарата и D-2 гидроксиглутарата, а также изменения их соотношения. Наша разработка может позволить обнаруживать онкозаболевания на ранних стадиях и, следовательно, своевременно приступать к терапии.
Устройство представляет собой массив золотых наноантенн на кремниевой подложке. Длина каждой антенны около 40 мкм, а зазор между ними — порядка 100 нм. В этом зазоре усиливается электромагнитное поле с частотой 1,337 ТГц — именно на этой частоте L-2-гидроксиглутарат активно поглощает излучение. По изменению резонанса в спектре можно определить наличие вещества и оценить его концентрацию. Сенсор изготовили методом нанолитографии и протестировали с помощью импульсной терагерцовой спектроскопии. Эксперименты подтвердили: прибор действительно «чувствует» нужный биомаркер. Ученые также нашли способы сделать сенсор еще точнее и чувствительнее.
Сам дизайн сенсора не был новым, но инженерная задача его оптимизации для терагерцового диапазона частот была выполнена нами впервые. После тестирования мы выявили ключевые способы повышения чувствительности такого класса сенсоров, связанные с дальнейшим увеличением отношения сигнал/шум и повышением спектрального разрешения всей сенсорной системы, например, путем нанесения антиотражающего покрытия на обратную сторону сенсора или увеличения толщины его подложки.
Ученые могут создать универсальный сенсор для обнаружения двух биомаркеров рака — L‑2‑гидроксиглутарата и D‑2‑гидроксиглутарата. Для каждого из них характерна своя частота «отклика» (1,337 ТГц и 1,695 ТГц соответственно). Но у нынешней версии сенсора на наноантеннах есть проблема: он поглощает энергию, из‑за чего растет уровень помех — это мешает точно определить малое количество вещества.
Поэтому исследователи предложили новое решение: вместо наноантенн использовать цельную металлическую поверхность с наноразмерными щелями. Такая структура будет не поглощать, а пропускать сигнал на нужной частоте — это повысит точность измерений.
Сейчас ученые разрабатывают новый сенсор по этой технологии. Завершить работу планируют в 2026 году.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что разработана отечественная технология для создания рентгеновских детекторов.
