Fotonik møder overfladevidenskab i en billig og præcis sensor til biologiske væsker

Skoltech-forskere og deres kolleger fra Rusland og Israel er kommet med en ny, enkel og billig metode til at teste flydende biologiske prøver, der kan videreudvikles til at fungere i kliniske omgivelser, inklusive realtidstest under operationen. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Lys:Videnskab og applikationer .

Den mest almindelige metode til diagnostisk test i realtid for biologiske prøver (såsom urin eller spyt), der bruges i sundhedssystemet, optiske mærkefrie sensorer, er meget følsomme, men denne følsomhed har en pris i form af tid og ressourcer. Leder du efter et mere effektivt alternativ, forskerholdet, koordineret af prof. Dmitry Gorin fra Center for Fotonik og Kvantematerialer ved Skolkovo Institut for Videnskab og Teknologi (Skoltech) og Dr. Roman Noskov fra Tel Aviv Universitet, vendte sig til de data, som disse sensorer normalt ignorerer:optisk spredning af brydningsindekset for en prøve, der kan fungere som et slags fingeraftryk til at spore ændringerne i dens sammensætning.

De introducerede konceptet med in-fiber multispektral optisk sensing (IMOS) for flydende biologiske prøver i både statiske og realtidstilstande. Ifølge holdet, denne registreringsmetode er præcis, pålidelig og meget følsom over for urenheder i prøven, hvilket kan gøre det nyttigt både til diagnostiske formål og til realtidssimuleringer af forskellige biologiske processer.

Hulkernet mikrostruktureret optisk fiber (HC-MOF), en særlig slags optisk fiber, der begrænser lys inde i en hul kerne omgivet af mikrostruktureret beklædning, er kernen i den nye sansetilgang. Væske går gennem kamre i fiberen, og spektrale skift af maksima og minima i transmissionsspektret af HC-MOF fortolkes som signaler om prøvens kemiske sammensætning. Uden behov for et eksternt hulrum eller interferometer, sensorsystemet er nemt og billigt at producere.

Forskerne testede dens ydeevne på koncentrationen af ​​bovint serumalbumin (BSA), som er almindeligt anvendt i sådanne eksperimenter, opløst i vand og i en fosfatpufret saltvandsopløsning. Den opløsning, de var i stand til at vise konsekvent i flere eksperimenter, svarede til 1 gram BSA i en liter væske, tæt på nøjagtigheden af ​​standard albumintests og opfylder potentielt kliniske behov.

"Vores koncept kan betragtes som en platform for intraoperativ analyse af biomarkører af forskellige typer. vi skal teste det på andre bioanalytter og yderligere modificere den hule kerne fiber for at øge specificiteten. Fremtidige afprøvninger af disse point-of-care-enheder vil tjene som det første skridt til realiseringen af ​​den sande 'bench-to-bedside'-tilgang, " bemærker Gorin.

"In-fiber multispektral optisk sensing åbner nye horisonter hurtigt, billig, og pålidelig analyse af blod og andre kropsvæsker i realtid, hvilket er vigtigt for rettidig diagnostik af forskellige sygdomme og unormale tilstande, " tilføjer Noskov.

Holdet planlægger at fortsætte deres forskning i at øge specificiteten såvel som følsomheden af ​​denne tilgang. De vil indsende en patentansøgning og lede efter industrielle partnere og investorer, der er interesserede i at udvikle klinisk udstyr baseret på denne type sensor.