研究人员开发了可以帮助诊断癌症的混合传感器
来自HSE大学、Skoltech、MPGU和MISIS的一组研究人员开发了一种纳米光子微流体传感器，其潜在应用包括癌症检测、监测和治疗反应评估。今天，该设备可以识别在低浓度下溶解的气体和液体，并具有很高的准确性。这篇论文发表在光学信件。
根据世界卫生组织的数据，2020年，全球癌症负担估计为1930万例新发病例和1000万例死亡。世卫组织专家认为，只要及早发现，估计30%的新病例可以预防，大约同样比例的新病例可以治愈。
今天，“芯片实验室”是一种微型传感器设备，能够进行复杂的生化分析，这被认为是早期癌症检测最有前途的方法之一。俄罗斯研究人员开发了一种新的混合纳米光子-微流体传感器，用于在溶液中极低浓度的液体和气体的高灵敏度分析。
HSE MIEM教授Gregory Goltsman表示，“该研究是朝着创建紧凑的芯片实验室设备迈出的重要一步，该设备不仅能够执行一整套血液测试，而且能够使用少量患者血液在早期阶段检测癌症生物标志物。理想情况下，我们的目标是创造一种小型便携式设备，只需要一滴血。只要按下一个按钮，医生就会看到结果，例如，参数正常或需要进一步检查。”
目前的装置由芯片上的纳米光子光学传感器和传感器表面上方的微流体通道组成。通过通道泵送的流体或气体影响光辐射在高灵敏度纳米光子器件中的传播，改变输出的光谱特性。通过检查这些变化，研究人员可以确定样本的组成。
该装置的一个特点是微流体通道的尺寸非常小，可将标本输送到传感器。这使得即使从非常小的样本中也能获得结果，当现场分析不可行且标本必须运往别处进行检查时，这一点可能是至关重要的。
人类血液中含有某些对肿瘤疾病的初步诊断有价值的成分。这些成分包括细胞外泡(外泌体)。外泌体是由组织和器官细胞释放到细胞间隙的微小囊泡。
“细胞之间通过使用细胞外囊泡斯科尔科沃科技学院的德米特里·戈林教授说。然而，某些因素——内部的(遗传素质)或外部(环境，如辐射)会扰乱细胞的正常功能，导致它发送错误的信息，导致细胞分裂失控和肿瘤生长。”
在癌症的早期阶段，外泌体血液浓度趋于增加，达到分析意义上的显著值，这表明癌症的存在，所以这使得外泌体成为肿瘤学中潜在的有用的生物标志物。研究小组计划进一步改进他们的设备，以便它可以用于这种方法癌症检测．
到目前为止，该传感器已经在20种不同浓度的异丙醇水溶液(重量从0.08%到72%)上进行了测试，而不是在血液样本上。由于酒精易溶于水，所以可以使用极低浓度的酒精。例如，传感器检测到异丙醇在溶液中，每100万个水分子中含有12个醇分子。目前，该装置只能分析双组分溶液，但作者计划使其适用于多组分分析物，通过使用微流体通道在传感器表面覆盖特殊的受体(适配体、抗体、darpin和多肽)。
“今天，设备操作所需的实验设备相当笨重。该装置包括蠕动泵、可调谐激光器、光电探测器、芯片和处理数据的PC机，”该论文的作者Aleksei Kuzin解释道，他是HSE毕业生，目前在Skoltech读博士。“在未来，我们希望生产一种小巧便携的快速检测设备，将减少时间和成本癌症诊断、监测和治疗反应评估。”
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