Биоинженеры из США разработали электронный фотоакустический пластырь, который отслеживает биомолекулы в глубоких тканях, включая гемоглобин. Датчик может помочь выявить злокачественные опухоли, дисфункцию органов, кровоизлияния в мозг или кишечник, сообщает Калифорнийский университет в Сан-Диего. Подробно разработка описана в журнале Nature Communications.
Гемоглобин – белок в эритроцитах, который доставляет кислород в ткани организма. Количество этого белка в организме может помочь качество перфузии крови, то есть прохождения крови через ткани. Низкая перфузия крови может вызвать тяжелые состояния – например, дисфункцию органов – и связана с целым рядом заболеваний, включая сердечные приступы и сосудистые заболевания конечностей. А аномальное скопление крови в головном мозге или брюшной полости может говорить о мозговом или висцеральном кровоизлиянии или злокачественных опухолях. Непрерывный мониторинг уровня гемоглобина может помочь диагностировать эти состояния и помочь своевременно начать лечение.
Есть несколько методов мониторинга биомолекул. Среди них – магнитно-резонансная томография (МРТ) и рентгеновская компьютерная томография, связанные с громоздким оборудованием. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего предлагают новое компактное и неинвазивное устройство – гибкий пластырь, который отслеживает гемоглобин в глубоких тканях организма с помощью фотоакустического метода.
Пластырь оснащен массивами лазерных диодов и пьезоэлектрических преобразователей, которые расположены на мягкой силиконовой основе. Лазерные диоды излучают импульсный свет в ткани организма, который может проникать на глубину более двух сантиметров. Биомолекулы в тканях поглощают оптическую энергию и излучают акустические волны. Пьезоэлектрические преобразователи принимают эти акустические волны, которые обрабатываются в электрической системе. На выходе получается трехмерное изображение излучающих волны биомолекул.
Авторы разработки отмечают, что датчик с лазерными импульсами малой мощности намного безопаснее, чем рентгеновские методы с ионизирующим излучением. Кроме того, электронный пластырь легко крепится на кожу, поэтому его можно использовать для долгосрочного мониторинга.
Команда планирует продолжить разработку устройства, в том числе уменьшить внутреннюю систему управления лазерными диодами и сбором данных, что позволит сделать датчик еще гибче. Также в планах применить фотоакустический метод для измерения температуры тела.
[Фото: PHOTO BY XIAOXIANG GAO FOR THE JACOBS SCHOOL OF ENGINEERING AT UC SAN DIEGO]
