Китайские учёные создали портативный детектор рака с точностью 94,9%
Китайские исследователи разработали портативный прибор для скрининга рака, способный обнаруживать биомаркеры онкологических заболеваний на ранней стадии всего по одной капле крови. Эта новая технология, созданная в Университете Западного озера, позволяет уменьшить размер лабораторного оборудования, которое обычно занимает объем холодильника, до карманного устройства, одновременно повышая точность обнаружения.
Как сообщает South China Morning Post, исследовательская группа повысила точность примерно в 10 000 раз по сравнению с обычными методами. Система использует чип для сенсорного обнаружения, основанный на трёхмерных связанных состояниях в континууме. Для работы устройства требуется только этот чип, источник света (светодиод) и фотодетектор.
Потенциал биопсии — улавливать микроскопические следы опухоли с помощью простого анализа крови — долгое время оставалось логистической проблемой. Чтобы уловить слабые сигналы ранних стадий рака, врачам требовалось громоздкое оборудование со сложными оптическими траекториями, дорогими спектрометрами и чувствительными призмами. Более того, эти тесты, стоимостью в сотни долларов, были заперты внутри специализированных институтских лабораторий, находящихся далеко от пациентов, которые больше всего в них нуждались.
В своей новой работе команда попыталась сместить фoкус со сложных длин волн света на простую интенсивность света. Примечательно, что громоздкое оборудование было заменено высокочувствительным механизмом, называемым Q-модулированным рефрактометрическим зондированием. Для этого был спроектирован трёхмерный метаматериальный чип, способный обнаруживать микроскопические изменения того, как свет преломляется в присутствии биомаркеров рака. Кроме того, медленный и дорогостоящий процесс стандартного производства чипов был преодолен с помощью инновационной алюминиевой технологии изготовления.
Чтобы представить невероятную чувствительность системы в перспективе, вообразите, что весь диапазон того, как свет может преломляться, растянут вдоль одномерной линейки длиной в один метр. В пределах этого масштаба данное устройство настолько точное, что может обнаруживать изменения, размером в несколько миллионных долей метра.
Команда отошла от трудоёмкого процесса производства чипов по одному, применив метод, больше напоминающий подвижную типографскую печать. Сообщается, что это позволяет массово производить тысячи идентичных трёхмерных сенсорных чипов на одной пластине, снижая стоимость одного чипа всего до пяти долларов. Этот доступный чип требует только базового светодиода и фотодетектора для измерения интенсивности света, что создаёт простое, компактное устройство, подходящее для домашнего использования. Чтобы доказать его эффективность в реальных условиях, команда сотрудничала с Университетом Сямэнь для успешного отслеживания неуловимых биомаркеров рака лёгких (внеклеточных везикул, sEVs), которые обычно присутствуют на уровнях, слишком низких для обнаружения традиционным лабораторным оборудованием.
В ходе испытаний портативное устройство показало чувствительность примерно в 10 000 раз выше, чем стандартный лабораторный тест (ELISA), при выявлении биомаркеров ранних стадий рака лёгких. При оценке на 171 образце сыворотки крови пациентов этот карманный инструмент достиг впечатляющей точности в 94,9% для раннего обнаружения рака и 92,1% для послеоперационного мониторинга.
Для сравнения, стандартный лабораторный метод показал точность всего лишь 74,7%, что подчёркивает потенциал устройства для значительного улучшения ранней диагностики и отслеживания состояния пациентов. Доказав, что ультраточные светочувствительные датчики можно уменьшить и производить массово и недорого, исследование создаёт надёжную основу для нового поколения карманных медицинских инструментов. Будь то использование врачом в крупной городской больнице, медработником в изолированной деревенской местности или пациентом для самостоятельного тестирования дома, эта технология нацелена на то, чтобы сделать высокоточное раннее выявление заболеваний универсальным, мгновенным и доступным во всём мире.
Исследование в журнале Nature Photonics.