Сенсоры для поиска биомаркеров рака разработали в Новосибирске

Новосибирск. 10 февраля. ИНТЕРФАКС - Специалисты Аналитического и технологического исследовательского центра "Высокие технологии и наноструктурированные материалы" Физического факультета Новосибирского государственного университета создали терагерцевый наноантенный сенсор для обнаружения биомаркера рака, сообщает пресс-служба НГУ.

Сенсор предназначен для выявления L-2-гидроксиглутарат и его энантиомера ("зеркального отражения" молекулы вещества) - D-2 гидроксиглутарата, которые образуются в результате специфических изменений клеточного метаболизма при различных типах рака.

"В результате развития патологического процесса содержание биомаркеров в организме нарастает, и они накапливаются в пораженных органах и тканях, а также в крови онкобольных. Раннее обнаружение данного биомаркера и определение его концентрации в организме имеет решающее значение для выстраивания стратегии лечения и эффективности онкотерапии", - говорится в сообщении.

Увеличение его уровня происходит в злокачественных опухолях головного мозга, поджелудочной железы, почек и других органов.

Результаты опубликованной в журнале Optical and Quantum Electronics.

Ученые сделали 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.

В работе по созданию новых оптических сенсоров был задействован коллектив из шести ученых НГУ, Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.

Они ориентировались на исследования своих коллег из Китая, которые провели спектроскопию биомаркеров L-2-гидроксиглутарата и D-2 гидроксиглутарата и выяснили, что спектры данных изомеров в дальнем инфракрасном (терагерцевом) диапазоне различны. L-изомер обладает характерным пиком поглощения в окрестности частоты 1,337 ТГц, а D-изомер в окрестности 1,695 ТГц.

Опираясь на эти данные, научные сотрудники лаборатории разработали новый тип оптического сенсора на основе терагерцовых наноантенн для обнаружения L-2-гидроксиглутарата в биологических образцах.

Устройство представляет собой массив золотых наноантенн на кремниевой подложке. Ученые НГУ провели электродинамические расчеты структуры сенсора и оптимизировали геометрические параметры для возбуждения в ней плазмонного резонанса на требуемой для данного биомаркера частоте - 1,337 ТГц. Изготовлен сенсор методом нанолитографии в Институте физики полупроводников СО РАН.

Специфическая чувствительность к биомаркеру L-2-гидроксиглутарат была подтверждена экспериментально с помощью метода импульсной терагерцовой спектроскопии. Отслеживая поведение резонанса в спектре пропускания сенсора с ростом концентрации L-2-гидроксиглутарата, исследователи определили чувствительность сенсора.

Аналогичным образом возможно изготовить сенсор для обнаружения биомаркера D-2 гидроксиглутарата, обладающего резонансной частотой около 1,695 ТГц, и, совместив его с уже разработанным для биомаркера L-2-гидроксиглутарата, получить универсальное устройство, работающее по обнаружению количества обоих изомеров, однако ученые выявили ряд недостатков технического подхода с использованием наноантенн из-за снижения соотношения сигнала и шума.

Ученые предложили другой подход к решению задачи, основанный на инверсной структуре, в которой вместо тонких металлических полос (антенн) используются щели.

"Металлическая поверхность сенсора должна быть цельной, в которой вырезаются наноразмерные щели. Данная структура должна иметь инверсный спектр - не поглощение энергии на рабочей частоте, а максимальное пропускание на заданной частоте и подавление остальных частот. Тогда будет достигнута оптимальная амплитуда сигнала и высокое отношение сигнал/шум, что позволит повысить точность диагностики", - уточняется в сообщении.

Теперь ученым предстоит воплотить результаты своих изысканий в новом устройстве. Они уже приступили к разработке нового сенсора, который будет лишен недостатков, выявленных у наноантенного сенсора. Работу над ним предполагается завершить уже в этом году.

Спектр частот терагерцевого излучения расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, проникает через многие материалы, кроме металлов. В отличие от рентгеновского излучения не является ионизирующим.

Самое важное и интересное — "Интерфакс-Россия" в МАХ