Skoltech-forskare och deras kollegor från Ryssland och Israel har kommit med en ny, enkel och billig metod för att testa flytande biologiska prover som kan vidareutvecklas för att fungera i kliniska miljöer, inklusive realtidstestning under operationen. Uppsatsen publicerades i tidskriften Ljus:Vetenskap och tillämpningar .

Den vanligaste metoden för realtidsdiagnostik för biologiska prover (som urin eller saliv) som används inom sjukvården, optiska etikettfria sensorer, är mycket känsliga, men den känsligheten har en kostnad i form av tid och resurser. Letar du efter ett mer effektivt alternativ, forskargruppen, koordinerad av Prof. Dmitry Gorin från Center for Photonics and Quantum Materials vid Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) och Dr. Roman Noskov från Tel Aviv University, vände sig till data som dessa sensorer normalt bortser från:optisk spridning av ett provs brytningsindex som kan fungera som ett slags fingeravtryck för att spåra förändringarna i dess sammansättning.

De introducerade konceptet med in-fiber multispektral optisk avkänning (IMOS) för flytande biologiska prover i både statiskt och realtidsläge. Enligt teamet, denna avkänningsmetod är exakt, pålitlig och mycket känslig för föroreningar i provet, vilket kan göra det användbart både för diagnostiska ändamål och för realtidssimuleringar av olika biologiska processer.

Mikrostrukturerad optisk fiber med ihålig kärna (HC-MOF), en speciell typ av optisk fiber som begränsar ljus inuti en ihålig kärna omgiven av mikrostrukturerad beklädnad, är kärnan i det nya avkänningssättet. Vätska går genom kammare i fibern, och spektrala skiftningar av maxima och minima i transmissionsspektrumet för HC-MOF tolkas som signaler om provets kemiska sammansättning. Utan behov av en extern hålighet eller interferometer, avkänningssystemet är enkelt och billigt att tillverka.

Forskarna testade dess prestanda på koncentrationen av bovint serumalbumin (BSA), som vanligtvis används i sådana experiment, löst i vatten och i en fosfatbuffrad saltlösning. Upplösningen som de kunde visa konsekvent i flera experiment motsvarade 1 gram BSA i en liter vätska, nära noggrannheten hos standardalbumin-tester och uppfyller potentiellt kliniska behov.

"Vårt koncept kan betraktas som en plattform för intraoperativ analys av biomarkörer av olika slag. För det, vi måste testa den på andra bioanalyter och ytterligare modifiera den ihåliga kärnfibern för att öka specificiteten. Framtida tester av dessa vårdenheter kommer att fungera som det första steget för att förverkliga den verkliga "bänk-till-säng"-metoden, " noterar Gorin.

"In-fiber multispektral optisk avkänning öppnar nya horisonter i snabbt, billig, och tillförlitlig analys av blod och andra kroppsvätskor i realtid som är viktigt för snabb diagnostik av olika sjukdomar och onormala tillstånd, " tillägger Noskov.

Teamet planerar att fortsätta sin forskning för att öka specificiteten och känsligheten för detta tillvägagångssätt. De kommer att lämna in en patentansökan och leta efter industriella partners och investerare som är intresserade av att utveckla klinisk utrustning baserad på den här typen av sensorer.