Исследователи из Университета Джонса Хопкинса разработали новый микрочип, который может точно обнаружить биомаркеры сердечного приступа в крови за считанные минуты, даже если они находятся в очень низкой концентрации. Это значительно быстрее существующих методов диагностики. Ученые видят потенциал использования этого устройства как домашнего диагностического инструмента.
Ценность времени
Время является критическим фактором при любом сердечном приступе. Чем быстрее поставлен диагноз, тем быстрее можно восстановить кровоток к сердцу и тем меньше повреждений будет нанесено органу. Таким образом, от скорости постановки диагноза зависит эффективность лечения и, возможно, жизнь человека. Однако сердечные приступы могут проявляться по-разному у разных людей, что затрудняет их диагностику.
Обычно, при подозрении на сердечный приступ пациенту проводят ряд стандартных анализов крови, включая анализ на уровень фермента креатинкиназы и белка тропонина – биомаркеров повреждения сердечной мышцы. Однако получение результатов этих анализов из лаборатории может занять один или два часа.
Новый микрочип, разработанный учеными из Университета Джонса Хопкинса, позволяет обнаруживать эти важные биомаркеры за минуты, а не часы, даже если они присутствуют в очень низкой концентрации.
Как это работает?
Ключом к работе чипа является его уникальная "метаповерхность". Сначала однослойные полистиреновые шарики располагаются в гексагональной структуре на кварцевом субстрате. Затем наносятся чередующиеся тонкие слои золота и кремнезема, заполняя промежутки между шариками, после чего шарики удаляются, оставляя наноразмерные пирамидальные стопки метаатомов из золота и кремнезема.
Сочетание металла (золота) и диэлектрика (кремнезема) усиливает электрические и магнитные поля чипа, что повышает эффективность рамановской спектроскопии для анализа крови пациента. Рамановская спектроскопия – это метод химического анализа, который позволяет получить подробную информацию о веществе путем использования света – широкого диапазона лазерных длин волн – для взаимодействия с его химическими связями.
Чип "видит" биомаркеры сердечного приступа в течение секунд, даже если их содержание крайне мало. Тесты показали, что он достаточно чувствителен, чтобы обнаружить эти биомаркеры даже до того, как их обнаруживают традиционные анализы крови.
"Мы говорим о скорости, точности и возможности проводить измерения вне больницы. В будущем мы надеемся, что это устройство можно будет превратить в портативный прибор, похожий на трикодер из "Звездного пути", где вы берете каплю крови и получаете результат за несколько секунд", – говорит Ишан Барман, биоинженер из факультета машиностроения Университета Джонса Хопкинса.
Исследователи считают, что их работа поможет создать домашний детектор сердечного приступа. Кроме того, по их словам, прототип устройства также может быть адаптирован для тестирования на рак и инфекционные заболевания.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
