25 февраля 2016

Тонкий гибкий датчик рака на пленке небольших размеров

Тонкая растягивающаяся пленка, повторяющая контуры тела, излучает свет с круговой поляризацией. На основе этой пленки спроектирован датчик, который позволит точно находить оставшиеся раковые клетки.

Инженеры-химики Мичиганского Университета, разработчики датчика, считают, что он поможет пациентам пройти курс реабилитации с минимальным нарушением привычного уклада жизни.

«Систематический и достаточно частый контроль наличия раковых клеток позволит эффективнее составлять курс приема лекарств и добавит душевного спокойствия пациентам. Все это станет доступно с разработкой такого датчика», — говорит профессор Николас Котов (Nicholas Kotov). Подробные материалы данной новости опубликованы в онлайн издании Nature Material.

Пленка излучает свет с круговой поляризацией, который необходим для раннего обнаружения рецидива появления раковых клеток. Круговая поляризация подобна линейной, используемой в поляризационных солнцезащитных очках. Но в отличие от двумерной поляризации, круговая поляризация формирует трехмерную спиральную структуру, вращающуюся по или против часовой стрелки.

Круговая поляризация незаметна человеческому глазу и редко встречается в природе. Её можно использовать в диагностике рака по контрольным признакам болезни в крови пациента. На данный момент поляризованный свет производят крупногабаритные дорогостоящие установки. Новая разработка позволит получать поляризованный свет с помощью небольшой и относительно недорогой пленки.

Процесс диагностики заключается в обнаружении частиц белка и обрывков ДНК в крови, которые появляются на ранних стадиях при рецидиве рака. Суть процедуры во внедрении синтетических биологических частиц, которые прикрепляются к биомаркерам. Эти частицы покрыты специальным отражающим слоем, соответствующим поляризованному свету. Их добавляют в пробу крови, и они связываются с биомаркерами. При облучении такой пробы поляризованным светом частицы можно четко увидеть.

Разработчики планируют изготовить тестовое устройство размером со смартфон, способное быстро проводить такой анализ. Его смогли бы использовать и врачи, и сами пациенты в домашних условиях.

Основные преимущества пленки — растягиваемость и изгибаемость. Эти характеристики позволяют создавать мгновенные колебания в поляризации света. Соответственно можно изменять интенсивность поляризации, угол или направление вращения света. Благодаря этим свойствам врачи смогут изменять свойства света, фокусируя его, как в телескопе, на одной частице или группе частиц.

Работа началась с прямоугольной пластины PDMS — это гибкий пластик, используемый в контактных линзах. Одна сторона пластины была закручена на 360 градусов, обе стороны пластины закреплены. После этого были нанесены пять слоев светоотражающих наночастиц золота — достаточное количество, чтобы отражать свет, но недостаточное, чтобы препятствовать его прохождению насквозь через слои. Для фиксации частиц использовались специальные полиуретановые составы.

«Золото было выбрано нами по двум причинам: во-первых, его частицы показывают отличные свойства по поляризации проходящего света, а во-вторых, они хороши в самоорганизации S-образных цепей, необходимых для круговой поляризации», — говорит Йунсеб Ким (Yoonseob Kim).

После того, как зажимы раскрутили, и пластик приобрел исходную форму, наночастицы сложились в S-образные цепи в форме волны, формирующие круговую поляризованную волну при прохождении пластика насквозь. Пленку можно растягивать и возвращать в исходное состояние десятки тысяч раз, изменяя степень поляризации при скручивании и возвращаясь к исходной при распрямлении, и так много раз подряд.

Вероятно, готовое устройство появится на рынке в течение нескольких ближайших лет. Профессор Котов также предполагает, что разработанная технология может применяться при передаче информации и для разработки устройств, которые становятся невидимыми за счет огибания их светом. Университет работает над патентованием данной технологии.

Источник: Мичиганский Университет