Практически бесшумные. Разработаны наносенсоры для лучшей диагностики состояния органов и тканей человека

Ученые Томского политехнического университета разработали практически бесшумные наносенсоры для мониторинга работы состояния органов и тканей человека. Им удалось снизить собственные шумы наносенсоров почти до нуля, что открывает значительный потенциал для создания современных сверхвысокочувствительных измерительных приборов медицинского назначения для повышения качества диагностики.

Изобретение запатентовано (патент № 2829684). Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 22-79-00148). Результаты исследования опубликованы в журнале Measurement (Q1, IF:5.2).

Новые наносенсоры позволяют регистрировать случайные низкоамплитудные сигналы биоэлектрической активности различных органов и тканей человека в диапазоне от единиц и десятков нановольт в реальном времени, и в перспективе, создать электрофизиологическую аппаратуру сверхвысокого разрешения. На сегодняшний день в России и в мире аналогичных датчиков не существует.

Авторы изобретения также уточняют, что на базе разработанной технологии созданы сухие медицинские электроды, то есть для их использования не требуется проводящий гель. Это позволяет разработать высокочувствительную аппаратуру, которую пациент может носить постоянно, и специалист сможет получать информацию о его состоянии в режиме реального времени.

«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, — рассказывает соавтор исследования, заведующая научно-производственной лабораторией «Медицинская инженерия» Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Диана Авдеева. — Новая технология изготовления наносенсоров позволила создать практически бесшумные наносенсоры, способные регистрировать микропотенциалы от единиц и десятков нановольт».

Ученые исследовали четыре технологии внедрения наночастиц серебра в пористые пластины керамики из оксида алюминия и кремния. Собственная энергия шума наносенсоров с наночастицами серебра размером 57-142 нм и массой серебра 12,92 – 31,29 % от общей массы компонентов была практически равна нулю.

Для регистрации микропотенциалов сердца с помощью новых наносенсоров в НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра провели исследование на двух группах добровольцев. Первая группа включала 10 добровольцев с диагнозом «Ишемическая болезнь сердца». Возраст участников – от 43 до 91 года. Вторая группа состояла из здоровых добровольцев в возрасте от 21 до 28 лет. Новые электроды позволили регистрировать биопотенциалы на уровне нескольких нановольт.

Сейчас ученые работают над программным обеспечением, которое позволит рассчитывать энергию микропотенциалов в диапазоне от 1 нВ до 50 нВ.

«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», — отмечает Диана Авдеева.

Исследование проводилось учеными Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ, Северского технологического института НИЯУ «МИФИ», НИИ кардиологии ТНИМЦ.

Фото на обложке: пресс-служба Томского политехнического университета