ASV izstrādāts sensors atklāj pneimoniju pēc pacienta elpas 0 40

Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta inženieri izstrādājuši jaunu testu, kas ļauj atklāt ar slimībām saistītas vielas cilvēka izelpotajā gaisā. Šāda tehnoloģija var paātrināt pneimonijas un citu plaušu slimību diagnostiku: pacientam, tā vietā lai veiktu krūškurvja rentgenu vai gaidītu laboratorijas analīžu rezultātus, būs iespējams veikt elpošanas testu un saņemt rezultātu dažu minūšu laikā.

Izstrādājums ir portatīvs mikročipa sensors, kas uztver sintētiskas molekulas — tā sauktos slimību biomarķierus. Šie marķieri sākotnēji ir piesaistīti ieelpojamām nanodaļiņām un atbrīvojas tikai saskarē ar specifiskām «atslēgām», piemēram, ar noteiktai slimībai raksturīgiem fermentiem. Tiek paredzēts, ka pacients vispirms ieelpo šādas nanodaļiņas — aptuveni tāpat kā lietojot astmas medikamentus. Ja cilvēks ir vesels, tās tiek izvadītas no organisma nemainītā veidā. Taču infekcijas gadījumā, piemēram, pneimonijas, slimības gaitā radušies fermenti atdala biomarķierus no nanodaļiņām. Pēc tam šīs molekulas tiek izelpotas un var tikt konstatētas ar ierīci, kas norāda uz slimības klātbūtni.

Iepriekš šādu biomarķieru noteikšanai bija nepieciešama sarežģīta laboratorijas aparatūra, kas parasti nav pieejama ierastos medicīniskajos kabinetos. Tagad pētnieki pierādīja, ka viņu jaunais portatīvais aparāts spēj noteikt šādas molekulas pat ļoti zemās koncentrācijās. Ierīcei dots nosaukums PlasmoSniff, un nākotnē to paredzēts iekļaut kompaktā diagnostikas ierīcē, ko varēs izmantot gan klīnikās, gan mājās. Izstrādes pamatā ir zinātnes nozare, kas pazīstama kā plazmonika — gaismas mijiedarbības ar vielu pētījumi nanomērogā. Zinātnieki izmantoja Ramana spektroskopiju, kas ļauj noteikt molekulas pēc to ķīmisko saišu raksturīgajām svārstībām. Tomēr vajadzīgo biomarķieru atrašana nav vienkārša, jo to ir ļoti maz starp daudzām citām molekulām izelpotajā gaisā. Pētnieku teiktais — tas ir kā adatas meklēšana siena kaudzē.

Lai atrisinātu šo problēmu, komanda izveidoja sensoru, kas pastiprina vajadzīgo molekulu signālu. Tā pamatā ir plāna zelta plēve, pārklāta ar zelta nanodaļiņu slāni ar porainu silīcija apvalku. Starp daļiņām un plēvi paliek sprauga aptuveni piecu nanometru platumā. Sensora virsma modificēta tā, lai sasaistītos ar ūdens molekulām, kas savukārt «pielīp» biomarķieriem. Šāda struktūra pastiprina gaismu, pateicoties plazmoniskajam rezonansam: zelta nanostruktūru elektroni gaismas ietekmē kolektīvi svārstās, koncentrējot elektromagnētisko lauku mikroskopiskā spraugā. Tur nonākušie biomarķieri dod krietni spēcīgāku izkliedētā gaismas signālu, ko iespējams izmērīt un salīdzināt ar raksturīgo konkrētas molekulas «pirkstu nospiedumu».

Eksperimentu laikā zinātnieki testēja sensoru uz veselīgu peles plaušu šķidruma paraugiem, pievienojot tajos pneimonijas biomarķierus. Paraugus sildīja, lai imitētu izelpojamo gaisu, un sensors fiksēja molekulas, kas caur to izplūda kopā ar tvaiku. Rezultāti parādīja, ka ierīce spēj ātri atklāt pneimonijas biomarķierus pat ļoti zemās klīniski nozīmīgās koncentrācijās.