Создан наносенсор для ранней диагностики рака
Ученые Новосибирского госуниверситета (НГУ) совместно с коллегами из Института автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН, Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова и НИЦ «Курчатовский институт» разработали наноантенный сенсор для обнаружения биомаркера рака. Новая разработка будет способствовать повышению эффективности и доступности диагностики онкозаболеваний на ранних стадиях.
При некоторых видах рака из-за нарушений в обмене веществ в клетках появляется особый маркер — L-2-гидроксиглутарат — энантиомер (зеркальная копия) молекулы D-2-гидроксиглутарат. Увеличение его уровня происходит в злокачественных опухолях головного мозга, поджелудочной железы, почек и других органов. Для правильной диагностики и прогнозирования течения заболевания необходимо знать, какова концентрация L-2-гидроксиглутарата в органах и тканях пациента. В настоящее время для определения уровня этого биомаркера в сыворотке крови и спинномозговой жидкости применяют методы газовой и жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией. Эти методы требуют сложной пробоподготовки и дорогостоящего оборудования.
Сотрудники Аналитического и технологического исследовательского центра «Высокие технологии и наноструктурированные материалы» Физического факультета (АТИЦ ФФ) НГУ в сотрудничестве с коллегами из других вузов и институтов создали терагерцовый наноантенный сенсор для обнаружения L-2-гидроксиглутарата.
«Мы предприняли попытку разработать оптические системы, способные проводить экспресс-диагностику путем выявления превышения уровня концентраций L-2-гидроксиглутарата и D-2-гидроксиглутарата, а также изменения их соотношения. Наша разработка поможет обнаруживать онкозаболевания на ранних стадиях и, следовательно, своевременно приступать к терапии», — рассказал один из авторов исследования, старший научный сотрудник лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники АТИЦ ФФ НГУ, а также заведующий лабораторией терагерцовой фотоники ИАиЭ СО РАН, кандидат технических наук Назар Николаев.
В работе по созданию новых оптических сенсоров авторы опирались на исследования своих коллег из Китая, которые провели спектроскопию L-2-гидроксиглутарата и D-2-гидроксиглутарата и выяснили, что спектры данных изомеров в дальнем инфракрасном (терагерцовом) 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, исследователи 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.
«Сама по себе наноантенна — это простейший дипольный резонатор. При ее длине близкой к половине длины волны, она эффективно с взаимодействует с электромагнитной волной, энергия которой концентрируется на концах антенны. В нашем случае длина антенн приблизительно составляет 40 мкм. Приставка «нано» означает, что мы придвинули эти антенны концами друг к другу, и сделали минимально возможный зазор между ними. Он составляет около 100 нанометров», — объяснил Назар Николаев.
Ученые утверждают, что 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. Работу над новым сенсором планируют завершить уже в этом году.