Российские ученые разработали сверхчувствительный сенсор для медицинских анализов

 © misis.ru

Группа исследователей представила компактный высокочувствительный сенсор для определения низкой концентрации вещества в жидкостях и газах. Устройство может стать перспективной платформой для биомедицинской диагностики.

Российские ученые разработали высокочувствительный биосенсор на основе фотонных микросхем, способный обнаружить минимальные концентрации исследуемого вещества в жидкостях и газах. Устройство с таким функционалом будет востребовано, в частности, для ранней индивидуальной диагностики в медицине. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters, сообщили «МВ» в пресс-службе университета «МИСиС».

 © misis.ru

Группа исследователей из НИТУ «МИСиС», Московского педагогического государственного университета и Сколковского института науки и технологий разработала прототип устройства, который может стать основой для создания комплексной «лаборатории на чипе». Оно представляет собой миниатюрный биосенсор, функциональным элементом которого выступает комбинация высокочувствительных фотонных микросхем с микрофлюидными каналами. Такие приборы позволят проводить исследования для наблюдения за состоянием пациента «на месте» при посещении врача, анализируя биожидкости в режиме реального времени.

 © misis.ru

По словам разработчиков, устройство может стать перспективной платформой для биомедицинской диагностики и мониторинга окружающей среды: этапом создания полностью компактных высокочувствительных устройств для проведения на одном чипе «тысячи» тестов для определения потенциальных заболеваний или утечек токсинов при использовании ультрамалых объемов исследуемого образца.

 © misis.ru

Старший научный сотрудник Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» Вадим Ковалюк | Фото: пресс-служба «МИСиС»

Ключевым коммерческим направлением для внедрения таких устройств в ближайшее время может стать область медицины, связанная с выявлением онкологических и вирусных заболеваний за счет использования подхода микрожидкостной биопсии, отмечается в сообщении.

Сегодня, благодаря технологиям, развитие медицины движется в направлении персональной медицинской помощи. Она предполагает индивидуальный подход с возможностью наблюдения за состоянием пациента «на месте» при посещении врача. Для решения подобной задачи необходимо наличие компактных, недорогих, высокочувствительных приборов, которые способны анализировать биожидкости и газы в режиме реального времени без сложной процедуры обработки данных.

Группа исследователей из НИТУ «МИСиС», Московского педагогического государственного университета и Сколковского института науки и технологий разработала прототип устройства, который может стать в дальнейшем основой для создания комплексной «лаборатории на чипе». Он представляет собой миниатюрный биосенсор, функциональным элементом которого выступает комбинация высокочувствительных фотонных микросхем с микрофлюидными каналами.

«Обнаружение веществ в исследуемом растворе или газе при сверхмалых концентрациях требует решения нескольких задач: разработка чувствительных элементов на чипе и их интеграция с компонентами прокачки исследуемого раствора. Для решения первой задачи могут быть использованы чувствительные фотонные интегральные схемы на нитрид-кремниевой платформе с нагревательными элементами. В свою очередь, благодаря высокой адгезии и вариативности изготовления, микрофлюидные каналы из полимера (полиметилдисилоксана) отлично подходят для решения второй задачи. Поэтому наша работа была направлена на разработку и исследование универсального микрофлюидно-нанофотонного сенсора на основе нитрида кремния для обнаружения сверхнизких концентраций вещества в растворах и газах», — рассказал старший научный сотрудник Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» Вадим Ковалюк.

Поверх чувствительной — фотонно-микросхемной — части датчика прокачивается исследуемый раствор или газ, что меняет саму конфигурацию данного датчика для распространения в нем оптического излучения. Это приводит к тому, что спектральная характеристика датчика зависит от исследуемого вещества: по ее изменению можно определить как состав, так и концентрацию материала. Микрофлюидные каналы используются как «инфраструктура»: для прокачки исследуемых веществ к чувствительным фотонным элементам на чипе, его очистки и т. д.

Такая комбинация позволила создать компактный высокочувствительный сенсор для определения низкой концентрации вещества в жидкостях и газах с возможностью проведения большого количества тестов на одном устройстве и его повторного использования.

Тестируя разработанное устройство, авторы определяли различные, вплоть до минимальных, концентраций изопропанола (один из простых одноатомных спиртов) в деионизованной воде, дополнительно очищенной от ионов. Основываясь на этом, они оценили чувствительность прибора и предел обнаружения анализируемого вещества. По итогам испытаний, микросенсор способен обнаруживать сверхнизкое изменение в показателе преломления исследуемого раствора или газа вплоть до 6,92×10−6 RIU (единицы показателя преломления), а в рамках концентрации для изопропанола в воде до 11 ppm (11 частиц изопропаноала на 1 миллион частиц деионизованной воды).

По словам разработчиков, устройство может стать перспективной платформой для биомедицинской диагностики и мониторинга окружающей среды: этапом создания полностью компактных высокочувствительных устройств для проведения на одном чипе «тысячи» тестов для определения потенциальных заболеваний или утечек токсинов при использовании ультрамалых объемов исследуемого образца.

Ключевым коммерческим направлением для внедрения таких устройств в ближайшее время может стать область медицины, связанная с выявлением онкологических и вирусных заболеваний за счет использования подхода микрожидкостной биопсии.

https://misis.ru/university/news/science/2022-06/7998/

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈