Создан перспективный биосенсор, предназначенный для использования в мозге
Ученые успешно испытали в лаборатории разработанный ими крошечный биосенсор, который может обнаруживать биомаркеры, связанные с травматическими повреждениями головного мозга.
В исследовании, опубликованном недавно в журнале Small, ученые из Университета штата Огайо утверждают, что их водонепроницаемый биосенсор включает "беспрецедентное сочетание характеристик", которые могут позволить ему обнаруживать изменения в концентрации различных химических веществ в организме и отправлять результаты исследователям в режиме реального времени.
Чип гибкий и тоньше человеческого волоса, что делает его минимально инвазивным для использования в мозге.
"Нам предстоит пройти долгий путь от наших испытаний в лаборатории, но эти результаты очень обнадеживают", - сказал соавтор исследования Джинхуа Ли, доцент кафедры материаловедения и инженерии в штате Огайо.
Хотя биосенсор, подобный тому, который разработала команда, может иметь множество потенциальных применений, Ли и ее соавторы в этом исследовании особенно сосредоточились на том, как этот сенсор можно использовать для мониторинга пациентов с травматическими повреждениями мозга (ТПМ).
После такой травмы может произойти вторичное повреждение, которое можно обнаружить по изменениям концентрации ионов натрия и калия в спинномозговой жидкости мозга, говорит Ли, которая является членом программы штата Огайо "Хроническая травма мозга" (ХТМ).
"Мы хотим создать биосенсор, способный непрерывно контролировать ткани мозга для обнаружения изменений в концентрации ионов в спинномозговой жидкости. Эти изменения появляются при вторичном состоянии ТБИ как ранний сигнал об ухудшении состояния", - сказала она.
Исследователи протестировали биосенсор в искусственном растворе, который они создали для имитации спинномозговой жидкости, и обнаружили, что он может точно определять изменения в уровнях ионов калия и натрия, которые важны при ТБИ.
В дополнение к испытаниям с искусственной спинномозговой жидкостью, команда также протестировала биосенсор в сыворотке крови человека, в которой они успешно отслеживали уровень pH.
Как это работает? В чип встроены электронные компоненты (известные как полевые транзисторы), которые при восприятии интересующего химического вещества создают электрический сигнал, который может быть обнаружен и проанализирован вне организма. Важно отметить, что исследователи разработали калибровочные стандарты, которые решают так называемую проблему "перекрестных помех".
"Когда мы создаем биохимический датчик, мы хотим убедиться, что устройство реагирует только на конкретные химические вещества, которые нас интересуют, и игнорирует перекрестные помехи от других биомаркеров", - сказал Ли. "Это трудно сделать в такой сложной системе, как наше тело".
В то время как биосенсор должен быть способен обнаруживать изменения в жидкостях в мозге, электроника в чипе должна быть защищена от этих же жидкостей, сказал Ли.
Водонепроницаемая капсула из тонкой пленки диоксида кремния, выкованная при температуре выше 1000 градусов Цельсия, обеспечивает высокую структурную целостность в качестве барьерного материала в жидкой среде, как показало исследование. Как долго может прослужить инкапсуляция в человеческом теле? Исследователи протестировали материал различными способами, например, поместив его в нагретые жидкости и в вещества с различным уровнем pH.
Результаты показывают, что водонепроницаемая инкапсуляция толщиной в несколько сотен нанометров может прослужить как минимум несколько лет при температуре тела, а возможно, и гораздо дольше, сказал Ли.
Самая большая проблема сейчас связана с химическими чувствительными элементами, которые, согласно исследованию, будут работать не более нескольких недель.
