Новый экспресс-тест позволит выявлять пневмонию с помощью дыхания за несколько минут
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали инновационный портативный тест, способный диагностировать пневмонию и другие заболевания легких по анализу выдыхаемого пациентом воздуха. Новая технология, получившая название PlasmoSniff, представляет собой чип-сенсор, который может стать быстрой и доступной альтернативой рентгену грудной клетки или многочасовому ожиданию результатов лабораторных анализов, позволяя поставить диагноз в течение нескольких минут прямо на месте.
Принцип работы теста основан на использовании ингалируемых наночастиц, которые несут на себе синтетические маркеры заболевания. Пациенту предлагается вдохнуть эти наночастицы, подобно тому, как используется ингалятор от астмы. В здоровом организме наночастицы выводятся, не претерпевая изменений. Однако, если в легких присутствует заболевание, например пневмония, специфические ферменты, вырабатываемые инфекцией, отщепляют эти биомаркеры от наночастиц. Освободившиеся маркеры затем выдыхаются, и их присутствие фиксируется сенсором, подтверждая диагноз.
Главная проблема, которую решили исследователи, заключалась в необходимости улавливать крайне низкие концентрации этих биомаркеров в выдыхаемом воздухе. Ранее для этого требовалось громоздкое и дорогостоящее оборудование, такое как масс-спектрометры, непригодное для использования в обычных клиниках. Команда под руководством доцента Лозы Тадессе из MIT нашла способ обойти это ограничение, применив технологии плазмоники и рамановской спектроскопии. Созданный ими сенсор представляет собой тонкую золотую пленку со слоем золотых наночастиц, между которыми образуются зазоры шириной всего 5 нанометров. Эти зазоры модифицированы таким образом, чтобы захватывать молекулы целевых биомаркеров. Благодаря плазмонному резонансу электромагнитное поле в этих зазорах многократно усиливается, что позволяет получать четкий спектральный «отпечаток» захваченной молекулы даже при сверхнизких концентрациях.
В ходе экспериментов команда успешно протестировала сенсор на образцах легочной жидкости, имитирующих дыхание, и подтвердила его способность быстро обнаруживать биомаркеры пневмонии в клинически значимых концентрациях. В ближайших планах ученых — интеграция сенсора в портативный ручной спектрометр и создание удобной системы сбора дыхания, например, в виде маски. Предполагается, что полная процедура диагностики займет не более 10–15 минут: пациент вдыхает наночастицы, затем дышит в маску со встроенным сенсором, после чего прибор анализирует выдыхаемый воздух. Исследователи также отмечают, что технология является универсальной и в перспективе может быть адаптирована для обнаружения других заболеваний, а также промышленных химикатов или загрязнителей воздуха, имеющих характерный колебательный «отпечаток».
Результаты работы в журнале Nano Letters.