Невидимые наночастицы несут серьезные угрозы в экологии и медицине. С одной стороны, это микропластик, обнаруживаемый даже в крови человека: он провоцирует хроническое воспаление и рак. С другой стороны, это биологические маркеры, сигнализирующие об опухоли задолго до ее визуализации томографом. Выявить их помогает флуоресцентная корреляционная спектроскопия, метод, фиксирующий единичные молекулы. Однако оборудование для нее громоздкое, дорогостоящее и привязано к лаборатории. При транспортировке пробы частицы оседают, слипаются или разрушаются. Раковые маркеры могут разложиться за полчаса пути. Это искажает результаты. Для решения проблемы ученые Пермского Политеха совместно с Московским центром передовых исследований, МГУ, Российским квантовым центром и Университетом Сонгюнгван создали первый компактный прибор на основе оптоволокна и металинзы. Он выявляет единичные наночастицы прямо на месте отбора пробы с точностью до 90%.
Опасность невидимых частиц: экология и медицина под угрозой
Обнаружение наночастиц размером менее 5 микрон (примерно в 20 раз тоньше бумаги) – критическая задача. Существуют две основные угрозы. Микропластик, проникая в организм, вызывает хроническое воспаление, повреждает клетки и способен провоцировать онкологические и аутоиммунные заболевания (когда иммунитет атакует собственные ткани).
Ранняя диагностика рака: ключ к эффективному лечению
Другая опасность – мельчайшие биомаркеры, такие как внеклеточные везикулы (микроскопические пузырьки в крови). Они переносят сигналы о зарождении раковой опухоли задолго до ее обнаружения томографом. Умение их ловить позволяет диагностировать рак на самой ранней стадии, когда лечение наиболее успешно.
Традиционный метод: точность ценой мобильности
Для выявления этих угроз применяют флуоресцентную корреляционную спектроскопию. Частицы заставляют светиться лазером, а их движение позволяет определить размер и количество. Метод высокоточный, фиксирует единичные молекулы. Но оборудование громоздкое, дорогое и стационарное.
Проблема транспортировки: искажение реальной картины
На практике пробы воды или крови везут в лабораторию. Для наночастиц это губительно: при транспортировке они оседают на стенках, слипаются, разрушаются от света. В лабораторию попадает измененный материал. Раковые маркеры могут деградировать за 30 минут. Результаты становятся недостоверными. Необходим прибор для работы непосредственно на месте отбора.
Компактное решение: точный анализ в полевых условиях
Новый портативный прибор от ученых Пермского Политеха, Московского центра передовых исследований, МГУ, Российского квантового центра и Университета Сонгюнгван решает эту проблему. Используя оптоволокно и металинзу, он обеспечивает обнаружение единичных наночастиц с точностью до 90% прямо там, где это необходимо.
Ученые Пермского Политеха вместе с партнерами из Московского центра передовых исследований, Российского квантового центра, МГУ и южнокорейского Университета Сонгюнгван создали уникальный компактный прибор. Эта первая в мире разработка на основе оптоволокна и металинзы способна выявлять единичные наночастицы прямо на месте отбора проб с впечатляющей точностью до 90%.
Принцип работы: Оптоволокно и металинза
Устройство использует знакомый оптоволоконный кабель (такой же, как для интернета), на торец которого нанесена металинза. Эта сверхтонкая пластинка содержит миллионы микроскопических кремниевых столбиков. Каждый работает как миниатюрная световая антенна (то есть улавливает и перенаправляет свет). Наночастицы предварительно обрабатывают специальным красителем, заставляющим их светиться под лазером. Луч направляют по кабелю, металинза фокусирует его в крошечную точку. При попадании импульса на обработанную частицу возникает ответный сигнал. Этот сигнал улавливается тем же кабелем и передается на компьютер для анализа.
Эффективность подтверждена испытаниями
Для проверки эффективности ученые провели серию экспериментов. Они использовали флуоресцентные пластиковые частицы разных размеров (от мельчайших до крупных) и отдельные молекулы белка.
По словам Александра Сюя, профессора кафедры общей физики ПНИПУ, доктора физико-математических наук, прибор уверенно обнаруживал все объекты. Он эффективно работал даже при сверхнизких концентрациях (всего несколько сотен миллионов частиц на литр воды или крови). Это сравнимо с поиском иголки в стоге сена. Ключевым открытием стал подбор оптимальной толщины оптоволокна (50 микрон), что примерно вдвое меньше толщины человеческого волоса. Слишком тонкое волокно плохо собирает сигнал, а слишком толстое размывает фокус и снижает чувствительность к мелким частицам.
Преимущества: Компактность и надежность
Прибор полностью умещается на ладони, не требует сложной настройки и устойчив к вибрациям. Ученые доказали это на практике: брали устройство в руку, переносили по помещению, сгибали кабель (результаты оставались стабильными). Сравнение с обычным лабораторным микроскопом показало точность в 85-90%. Прибор точно определял количество наночастиц в образце. Даже при перемещении на несколько метров сигнал не искажался. Это позволяет использовать устройство в полевых условиях (на берегу реки, на заводе, в машине скорой помощи) без потери качества анализа.
Будущее применения: Быстрота и доступность
Разработка ученых открывает новые возможности. Она позволит не просто фиксировать загрязнение или болезнь, а делать это мгновенно на месте (без потери времени и искажения результатов). Экологи смогут оперативно реагировать на разливы пластика и находить источники загрязнения. Врачи получат инструмент для проведения первичного скрининга пациентов прямо в машине скорой помощи или районной поликлинике, минуя дорогостоящие и долгие лабораторные анализы.
Источник информации и фото: пресс-служба ПНИПУ
Умный прибор новинка: надежный помощник для важных открытий!
Появилась потрясающая разработка – портативное устройство, способное различать микроскопические пластиковые частицы и начальные признаки опасных заболеваний! Это прорыв: точность анализа достигает впечатляющих 90 процентов, что открывает фантастические перспективы для науки и медицины.
Как это работает: просто, быстро, эффективно!
Представьте небольшой гаджет, мгновенно дающий четкий результат. Он выявляет невидимые глазом загрязнители окружающей среды и тревожные биомаркеры в организме человека на самых ранних стадиях. Удобство и скорость использования делают его незаменимым инструментом. Теперь передовые технологии доступны каждому!
Компактность прибора не снижает его возможностей. Быстрая обработка данных и корректная диагностика ускоряют принятие решений для сохранения экологии и здоровья людей. Такой подход кардинально меняет принципы контроля и профилактики, внося яркий вклад в наше общее будущее.
Источник: scientificrussia.ru
