Группа специалистов из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ создала уникальные сенсорные платформы, базирующиеся на природе. Для их разработки ученые использовали удивительную структуру лепестков цветка Анютины глазки (Viola tricolor), что позволило существенно расширить возможности современных методов неинвазивной диагностики. Эта инновация открывает новые перспективы для раннего выявления онкологических, сердечно-сосудистых и неврологических заболеваний, а также демонстрирует высокий потенциал для внедрения в медицинскую практику по всей России.
Биомиметика и природа как источник вдохновения
Во всем мире растет спрос на технологии, которые способны фиксировать малейшие биохимические сдвиги внутри клеток. Подобные инновации являются ключом к максимально раннему обнаружению болезней, часто протекающих без явных симптомов. Современные методы, такие как SERS (спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния света), делают возможным получение детализированного молекулярного портрета клетки без ее повреждения. Но ранее было сложно создать экономичные и одновременно чувствительные сенсоры для таких задач.
Ответ был найден благодаря наблюдению за природой. Оказалось, что многие растения имеют поверхности, чья текстура сложнее и эффективнее всего, что может создать человек. Специалисты МФТИ не просто повторили природный шаблон, а научились выбирать самые результативные текстуры, гидируя их научным анализом.
Современные сенсоры, вдохновленные лепестками фиалки
Ключевым этапом технологии стало создание силиконовой основы с микрорельефом, полностью повторяющим удивительную структуру лепестка Viola tricolor. Этот микрорельеф дополнили тонким слоем наночастиц золота, что способствует значительному усилению регистрационного сигнала.
Успех оказался во многом связан с новым подходом — расчетом коэффициента сложности поверхности. С помощью оригинального алгоритма ученые получили возможность объективно оценивать степень структурной изощренности: сложные, многоуровневые поверхности (α>20) обеспечивают максимальный уровень фиксации клеточных объектов и их взаимодействия с сенсором. Теперь подобрать идеальный образец стало делом точных расчетов, а не только интуиции.
Viola tricolor под микроскопом: идеальный шаблон для диагностики
Результаты исследований показали: именно лепестки Анютиных глазок обладают уникальной организацией поверхности. Их многослойная архитектура сочетает множество наноструктур и микроскопических полостей, величина которых составляет примерно 8–10 микрометров — практически размер эритроцита. Такая структура выполняет роль своеобразной «ловушки», мягко фиксируя клетку и повышая силу сигнала сенсора в 2–7 раз по сравнению с традиционными поверхностями.
Этот научный прорыв прокладывает путь к созданию сенсоров, способных обнаруживать мельчайшие изменения в состоянии крови и других биоматериалов человека ещё на доклинических стадиях заболеваний.
Экономичность, универсальность и простота внедрения
Еще одним достоинством новой технологии стала ее доступность: для создания сенсорных платформ не требуется сложное или дорогостоящее оборудование. Это позволяет производить такие устройства быстро и сравнительно недорого, что особенно важно для медицинских учреждений, работающих в отдаленных регионах. Новые сенсоры могут применяться не только в анализаторах крови, но и для других биологических образцов — уровень универсальности делает их востребованными не только в клиниках, но и на предприятиях.
Экспресс-аналитика с помощью SERS-платформ удобна для мониторинга состояния работников на предприятиях нефтегазовой и добывающей промышленности, где регулярный доступ к лабораторным услугам ограничен. Так российская разработка становится значимым вкладом в защиту здоровья нации.
Перспективы для отечественной и мировой медицины
Технология, созданная МФТИ при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российского научного фонда, отличается масштабируемостью и гибкостью. Полученные сенсорные платформы могут быть адаптированы под самые разные задачи и типы анализируемых клеток — от диагностики заболеваний крови до детектирования онкологических и инфекционных процессов.
В настоящее время научное сообщество активно обсуждает внедрение метода в клиническую практику, оценивает его производственную масштабируемость, разрабатывает стандартные протоколы использования и ищет промышленных партнеров для развертывания технологической линии. Специалисты уверены, что российская разработка сможет выйти на международный рынок и сделать значительный вклад в улучшение качества и доступности медицинской диагностики.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ.
Источник: scientificrussia.ru
