研究人员开发了可以帮助诊断癌症的混合传感器

时间：2022-07-26 10:17:53 来源：网络整理

来自HSE大学、Skoltech、MpGU和MISIS的研究团队开发了一种纳米光子微流控传感器，其潜在应用包括癌症检测、监测和治疗反应评估。今天，该设备可以识别在低浓度下溶解的气体和液体，并具有很高的准确性。这篇论文发表在《光学快报》上。

根据世界卫生组织的数据，2020年全球癌症负担估计为1930万新病例和1000万人死亡。世卫组织专家认为，通过早期发现，估计30%的新病例可以预防，大约相同比例的新病例可以治愈。

如今，“芯片上的实验室”是一种微型传感器设备，能够进行复杂的生化分析，这被认为是早期癌症检测最有希望的方法之一。俄罗斯研究人员开发了一种新的混合纳米光子-微流体传感器，用于对溶液中极低浓度的液体和气体进行高灵敏度分析。

“我们的研究是研制一种小型芯片实验室设备的重要一步，这种设备不仅能够进行一整套血液测试，还能在早期阶段使用非常少量的患者血液检测癌症生物标志物。”理想情况下，我们的目标是创造一种只需要一滴血的小型便携设备。只要按下按钮，医生就会看到结果，例如，参数正常或需要进一步检查。”

目前的设备由一个芯片上的纳米光子光学传感器和传感器表面上方的微流控通道组成。通过通道泵送的流体或气体会影响光辐射在高灵敏度纳米光子器件中的传播，从而改变输出的光谱特性。通过检查这些变化，研究人员可以确定样本的组成。

该装置的一个特点是微小的微流体通道，将样本传送到传感器。这使得即使从非常小的样本中也能获得结果成为可能，当现场分析不可行且样本必须运到其他地方进行检查时，这一点可能是至关重要的。

人体血液中含有某些对肿瘤疾病的初步诊断有价值的成分。这些成分包括细胞外囊泡(外泌体)。外泌体是由组织和器官细胞释放到细胞间空间的微小囊泡。

斯科尔科沃科学技术研究所的教授Dmitry Gorin说:“细胞通过外泌体等细胞外囊泡来传递信息。”然而，某些因素——内部(遗传倾向)或外部(环境，如辐射)——会破坏细胞的正常功能，导致它发送错误的信息，导致不受控制的细胞分裂和肿瘤生长。”

在癌症的早期阶段，外泌体血液浓度往往会增加，达到分析的显著值，表明癌症的存在，所以这使外泌体成为一个潜在的有用的肿瘤生物标志物。研究小组计划进一步改进他们的设备，以便它可以用于这种癌症检测方法。

到目前为止，这种传感器还没有在血液样本上进行测试，而是在20种不同浓度的异丙醇水溶液上进行了测试，浓度从0.08%到72%不等。由于酒精易溶于水，所以可以使用很低的浓度。例如，传感器检测到的异丙醇溶液中，每100万个分子的水中含有12个分子的酒精。目前，该设备只能分析双组分溶液，但作者计划通过微流控通道将特殊受体(适配体、抗体、darpin和多肽)覆盖在传感器表面，使其适合于多组分分析。

“如今，设备操作所需的实验设备相当笨重。该装置包括一个蠕动泵、一个可调谐激光器、一个光电探测器、一个芯片和一个用于处理数据的pC”，该论文的作者Aleksei Kuzin解释道，他是HSE研究生，目前是Skoltech的博士生。“在未来，我们希望能生产出一种小巧便携的快速检测设备，从而减少癌症诊断、监测和治疗反应评估的时间和成本。”

文章标题Hybrid nanophotonic–microfluidic sensor for highly sensitive liquid and gas analyses

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