Для решения давнего препятствия в биомедицинских исследованиях ученые Иллинойского университета Урбана-Шампейн разработали новый наноразмерный датчик. Эта инновационная технология позволяет отслеживать области в 1 тыс. раз меньшие, чем существующие технологии, что, в частности, способствует наблюдению за химическим составом мозга на самом малом уровне.
Согласно пресс-релизу, этот датчик способен обнаруживать мельчайшие изменения в химическом составе живой ткани с субсекундным разрешением. Он основан на кремниевой технологии и использует производственные процессы микроэлектроники.
Этот крошечный датчик способен за доли секунды улавливать химический состав из очень точечных участков ткани с эффективностью около 100%. Эта характеристика очень важна для точного отслеживания распределения лекарств по организму.
Это устройство основано на технике микродиализа и использует зонд с узкой мембраной, который вводится в биологическую ткань. В ходе этого сложного процесса химические вещества преодолевают мембрану, попадая в жидкость, которая систематически откачивается для детального анализа. Возможность прямого взятия проб из тканей стала значительным прорывом, особенно повлиявшим на сферы нейронаук, фармакологии и дерматологии.
«С помощью нашего устройства для нанодиализа мы берем устоявшуюся методику и переходим в новую крайность, делая биомедицинские исследования, которые раньше были невозможны, вполне осуществимыми. Более того, поскольку наши устройства изготовлены на кремнии с использованием технологий микроэлектроники, их можно производить и внедрять в больших масштабах», - сказал профессор электротехники и вычислительной техники из Иллинойского университета Урбана-Шампейн Юрий Власов.
Ключевая инновация в нанодиализе, как подчеркивается в релизе, заключается в сверхмалой скорости потока жидкости, прокачиваемой через устройство. Это целенаправленное снижение скорости потока, калиброванного в 1 тыс. раз медленнее, чем при обычном микродиализе, является чрезвычайно важным. Преднамеренное замедление потока жидкости позволяет прибору фиксировать химический состав ткани на площади в 1 тыс. раз меньшей, чем это возможно при использовании обычных методов.
Несмотря на значительное уменьшение масштаба, прибор улавливает и анализирует точный химический состав исследуемой ткани с поразительной 100% эффективностью. Резкое уменьшение скорости потока позволяет химическим веществам, диффундирующим в зонд, соответствовать концентрации в ткани.
Стандартные устройства для микродиализа, изготовленные с использованием стеклянных зондов и полимерных мембран, являются существенным препятствием для уменьшения размеров. Из-за свойств, присущих стеклу и полимерам, уменьшение размеров этих устройств при сохранении структурной целостности и производительности является сложной задачей. Для того чтобы преодолеть это ограничение и создать устройства, пригодные для нанодиализа, исследователи выбрали другой подход. Они использовали процессы, разработанные для производства электрических микросхем, специализирующиеся на создании мельчайших и сложных форм на поверхности кремния.