Fleksibel film kan føre til kræftdetektor i telefonstørrelse

En tynd, strækbar film, der opruller lysbølger som en Slinky, kunne en dag føre til mere præcise, billigere overvågning af kræftoverlevere.

Kemiingeniørerne fra University of Michigan, der udviklede filmen, siger, at den kunne hjælpe patienter med at få bedre opfølgende behandling med mindre forstyrrelser i deres hverdag.

Filmen giver en enklere, mere omkostningseffektiv måde at producere cirkulært polariseret lys på, en væsentlig ingrediens i processen, der i sidste ende kunne give et tidligt varsel om kræfttilbagefald. Filmen er beskrevet detaljeret i et papir offentliggjort online i Naturmaterialer .

"Hyppigere overvågning kan gøre det muligt for læger at fange tilbagefald af kræft tidligere, at overvåge effektiviteten af ​​medicin mere effektivt og give patienterne bedre ro i sindet. Denne nye film kan hjælpe med at få det til at ske, sagde Nicholas Kotov, Joseph B. og Florence V. Cejka professor i ingeniørvidenskab.

Cirkulær polarisering ligner den lineære version, der er almindelig i ting som polariserede solbriller. Men i stedet for at polarisere lys i en todimensionel bølge, cirkulær polarisering spoler den op i en tredimensionel helixform, der kan dreje i enten urets eller mod urets retning.

Cirkulær polarisering er usynlig for det blotte øje, og det er sjældent i naturen. Det gør det nyttigt i en kommende kræftdetektionsproces, der ser ud til at kunne se afslørende tegn på sygdommen i blodet. I øjeblikket på forskningsstadiet, processen kræver store, dyre maskiner til at generere det cirkulært polariserede lys. Kotov mener, at den nye film kunne give en enklere, billigere måde at fremkalde polarisering på.

Detektionsprocessen identificerer biomarkører - bits af protein og stumper af DNA - der er til stede i blodet fra de tidligste stadier af kræfttilbagefald. Det starter med syntetiske biologiske partikler, der er lavet til at være attraktive for disse biomarkører. Partiklerne belægges først med et reflekterende lag, der reagerer på cirkulært polariseret lys, derefter tilføjet til en lille blodprøve fra patienten. De reflekterende partikler binder sig til de naturlige biomarkører, og klinikere kan se dette, når de undersøger prøven under cirkulært polariseret lys.

Kotov forestiller sig, at filmen kunne bruges til at lave en bærbar enhed på størrelse med en smartphone, der hurtigt kunne analysere blodprøver. Apparaterne kunne bruges af læger, eller måske endda derhjemme.

"Denne film er let, fleksibel og nem at fremstille, " sagde han. "Det skaber mange nye mulige anvendelser for cirkulært polariseret lys, hvoraf opdagelse af kræft kun er én."

En anden vigtig fordel er filmens strækbarhed. Let strækning forårsager præcise, øjeblikkelige svingninger i polariseringen af ​​lyset, der passerer gennem det. Dette kan ændre intensiteten af ​​polarisationen, ændre dens vinkel eller vende retningen af ​​dens spin. Det er en funktion, der kan gøre det muligt for læger at ændre lysets egenskaber, som at fokusere et teleskop, til nul på en bredere række af partikler.

For at lave filmen, forskerholdet startede med et rektangel af PDMS, den fleksible plastik, der bruges til bløde kontaktlinser. De snoede den ene ende af plastikken 360 grader og klemte begge ender ned. De påførte derefter fem lag reflekterende guldnanopartikler - nok partikler til at inducere reflektivitet, men ikke nok til at blokere lys i at passere igennem. De brugte skiftende lag af klar polyurethan til at klæbe partiklerne til plasten.

"Vi brugte guld nanopartikler af to grunde, " sagde Yoonseob Kim, en kandidatstuderende forskningsassistent i kemiteknik. "Først, de er meget gode til at polarisere den slags synligt lys, som vi arbejdede med i dette eksperiment. Ud over, de er meget gode til selv at organisere sig i de S-formede kæder, som vi havde brug for for at inducere cirkulær polarisering."

Endelig, de snoede plastikken ud. Den afviklede bevægelse fik nanopartikelbelægningen til at bøje sig, danner S-formede partikelkæder, der forårsager cirkulær polarisering i lys, der passerer gennem plastikken. Plasten kan strækkes og frigøres titusindvis af gange, ændrer graden af ​​polarisering, når den strækkes og vender tilbage til normal, når den slippes igen og igen.

En kommercielt tilgængelig enhed er sandsynligvis flere år væk. Kotov forestiller sig også brugen af ​​cirkulært polariseret lys til datatransmission og endda enheder, der kan bøje lys omkring objekter, gør dem delvist usynlige. U-M forfølger patentbeskyttelse af teknologien.