Инновации в медицине: бесшумные наносенсоры для точной диагностики

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) представили инновационные бесшумные наносенсоры для мониторинга состояния органов и тканей человека. Эта разработка знаменует собой важный шаг в создании сверхвысокочувствительных измерительных приборов, которые могут значительно повысить качество медицинской диагностики.

Исследователи сумели снизить собственные шумы наносенсоров практически до нуля, что открывает новые горизонты для регистрации низкоамплитудных сигналов биоэлектрической активности. Такие сенсоры способны фиксировать сигналы в диапазоне от единиц до десятков нановольт в реальном времени, что ранее было невозможно.

Запатентованные наносенсоры имеют ряд преимуществ.

• Высокая чувствительность: позволяют создать электрофизиологическую аппаратуру с высоким разрешением.
• Отсутствие проводящего геля: технология позволяет использовать сухие медицинские электроды, что делает аппаратуру удобной для постоянного ношения пациентом и обеспечивает непрерывный мониторинг его состояния.

Ранее мы создали электроды, уровень шума которых был не более ±220 нВ в диапазоне частот от 0 до 10 000 Гц и с устойчивостью к электромагнитным помехам, которые позволяли регистрировать микропотенциалы сердца уровнем от 300 нВ. Новая технология изготовления наносенсоров позволила создать практически бесшумные наносенсоры, способные регистрировать микропотенциалы от единиц и десятков нановольт.

• Диана Авдеева, заведующая научно-производственной лабораторией «Медицинская инженерия» Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ

В ходе разработки использовались четыре метода внедрения наночастиц серебра в пористые керамические пластины из оксида алюминия и кремния. Наночастицы серебра размером 57–142 нм и массой от 12,92 до 31,29% от общей массы компонентов почти не создавали собственные шумы.

Клинические исследования проводились в НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра. Испытания проходили на двух группах добровольцев: первая группа состояла из пациентов с ишемической болезнью сердца, вторая — из здоровых участников. Новые электроды продемонстрировали возможность регистрации биопотенциалов на уровне нескольких нановольт.

В настоящее время ученые работают над созданием программного обеспечения, которое позволит рассчитывать энергию микропотенциалов в диапазоне от 1 нВ до 50 нВ. Исследования поддерживаются Российским научным фондом, а результаты опубликованы в журнале Measurement.

В планах повысить чувствительность сенсоров до долей нановольт, чтобы регистрировать патологические изменения на клеточном уровне. Так мы сможем, например, диагностировать патологические изменения в клетках при онкологии на самых ранних этапах.

• Диана Авдеева

Эта разработка имеет большой потенциал для использования в медицинской практике и может стать основой для создания новых высокоточных диагностических приборов, которые помогут улучшить качество медицинской помощи.

Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ