科学家开发出一种有助于诊断癌症的混合传感器

来自莫斯科国立师范大学 Skoltech 高等经济学院的一组科学家创建了一种纳米光子微流体传感器，该传感器可用于诊断、监测和评估癌症治疗的有效性。现在，该设备可以高精度识别溶液中低浓度的气体和液体。

这篇文章发表在《光学快 》杂志上。根据世界卫生组织的数据，2020 年有 1930 万人患有癌症，其中 1000 万人死亡。世卫组织专家认为，超过三分之一的癌症病例可以预防，如果早期发现癌症，同样数量的癌症可以治愈。

早期诊断的有前途的方法之一是紧凑的“芯片实验室” - 微型传感设备，是能够执行复杂生化分析的微电路。研究人员在氮化硅平台上开发了一种新的混合传感器，可以识别溶液中最低浓度的气体和液体。

“我们的研究是朝着创建紧凑型“芯片实验室”迈出的重要一步，该实验室基于患者血液的最少量，不仅能够提供全面的分析，还能够诊断标记物肿瘤疾病的早期阶段。理想情况下，我们的目标是一个简单的配置：一个小型便携式设备，诊所的病人将提供一滴血，医生将按下“开始”按钮并获得视觉结果。例如，“您的指标正常”或“通过额外检查”，HSE MIEM 教授Grigory Goltsman解释道。

该装置由纳米光子和微流体部分组成。纳米光子 - 位于芯片上的高灵敏度光学传感器，以及位于其上方的微流体通道。通过通道泵送的液体或气体会影响光辐射在敏感纳米光子元件中的传播，从而改变输出光谱特性。基于这些变化，科学家们得出关于样本组成的结论。

该设备的一个特点是微流体通道的小尺寸，可将样品输送到设备的敏感部分。这种配置即使在样本量很小的情况下也能获得结果。这在无法进行现场分析并且必须将样品运送到另一个城市进行详细研究的情况下至关重要。

人体血液包括许多可以分析以做出初步诊断的成分。其中之一是细胞外囊泡（外泌体是由组织和器官的细胞分泌到细胞间隙中的微小囊泡）。

“细胞相互交流。斯科尔科沃科学技术研究所教授德米特里·戈林说，在这方面，它们得到了细胞外囊泡的帮助，包括外泌体，它们的作用类似于 SMS。“然而，由于内部（遗传易感性）或外部因素（生态、辐射），细胞的运作模式被打乱，它开始发送‘错误的短信’，引发不受控制的细胞分裂和肿瘤发展。”

在肿瘤学发展的早期阶段，血液中外泌体的数量增加到具有分析意义的值，表明疾病的存在，这使得外泌体可以用作肿瘤学标志物。科学家计划在设备完成后使用这种诊断方法。

在这个阶段，实验不是在血液样本上进行的，而是在模型对象上进行的。传感器在水中不同浓度的异丙醇上进行了测试。总共呈现了 20 种不同的浓度（按重量计从 0.08% 到 72%）。酒精高度溶于水，这使得研究具有低初始浓度的溶液成为可能。

因此，该设备在溶液中检测到酒精，其中每 12 个酒精分子就有 100 万个水分子。到目前为止，该设备仅适用于双组件解决方案。未来，计划通过使用微流体通道用特殊受体（适配体、抗体、darpins、肽）修饰敏感传感器的表面来分析复杂的多组分成分。

现在该装置及其操作所需的实验设备相当庞大。该装置包含一个蠕动泵、一个可调谐激光器、一个探测器、一个芯片和一台用于处理接收到的数据的个人计算机。未来，希望能制造一种用于快速检测的紧凑型触摸屏设备，这将减少诊断、维护和评估癌症治疗有效性的时间和材料成本。