Ravi Saraf (till vänster) och forskarkollegan Chieu Van Nguyen, som håller upp en tunn hinna på ett glidskydd. Kredit:Craig Chandler
(Phys.org) – University of Nebraska-Lincoln forskare har utvecklat en nanopartikelbaserad enhet som emulerar mänsklig beröring och som avsevärt kan förbättra kliniska bröstundersökningar för tidig upptäckt av cancer.
I en nypublicerad artikel i tidskriften ACS avancerade material och gränssnitt , forskarna Ravi Saraf och Chieu Van Nguyen beskriver en tunnfilmssensor som kan upptäcka tumörer som är för små och djupa för att kunna kännas med fingrarna.
I forskning finansierad med ett anslag från National Institutes of Health, Saraf och Nguyen fulländade en tunn film gjord av nanopartiklar och polymerer, som när den trycks mot huden skapar förändringar i elektrisk ström och ljus som kan fångas av en högkvalitativ digitalkamera.
Filmen, bara en 60-del av tjockleken på ett människohår, är en sorts "elektronisk hud" som kan känna av struktur och relativ styvhet.
Att använda en bröstmodell av silikon som är identisk med de som används för att utbilda läkare i manuella bröstundersökningar, forskarna använde filmen för att framgångsrikt upptäcka tumörer så små som 5 millimeter, gömd upp till 20 millimeters djup. Tekniken skulle också möjliggöra förbättrad upptäckt för hudcancer.
Saraf, professor i kemi och biomolekylär teknik, sa att han föreställer sig en stetoskopliknande enhet som en läkare skulle trycka över en patients bröst för att avbilda den begravda påtagliga strukturen. Det kan användas av familjeläkare under rutinmässiga patientundersökningar eller av läkare som betjänar avlägsna delar av världen.
Filmen är lätt att tillverka med lättillgängliga industriella processer och förblir stabil i månader, han lade till.
Nanotekniken är så liten, bilden är genomskinlig. I bakgrunden finns ett par specialskurna skentumörer som används för att testa bildkvalitet. Kredit:Craig Chandler
"Ett verktyg som detta skulle kunna kopplas till en bärbar dator för att tillhandahålla högkvalitativ screeningkapacitet för att rädda liv i fattiga länder i avlägsna delar av världen, sa Saraf.
Nästa steg, Saraf sa, är att skaffa finansiering för att bygga en prototypenhet.
"Vi har tillräckligt med kunskap nu. Vi kan börja bygga den här enheten idag, " han sa.
Han uppskattade att en prototyp skulle kosta cirka 1,5 miljoner dollar och ta ungefär ett år att bygga.
Vid klinisk bröstundersökning, eller CBE, läkare undersöker bröstet manuellt för avvikelser och använder sina händer för att palpera vävnaden på jakt efter klumpar. Även om det kan verka lågteknologiskt jämfört med mammografi, magnetisk resonanstomografi och ultraljud, CBE är ett viktigt verktyg för cancerscreening.
mammografi, som identifierar klumpar genom deras täthet jämfört med bröstvävnad, är mindre effektiva med unga kvinnor och de med täta och vaskulära bröst. MRT och ultraljud är känsligare än mammografi, men är för dyra för att användas som screeningverktyg.
Ändå är utmaningen med CBE bristen på ett visuellt register att jämföra med tidigare undersökningar för att hjälpa till med diagnosen. Också, manuella bröstundersökningar hittar vanligtvis inte klumpar förrän de är 21 millimeter stora, medan American Cancer Society rapporterar en överlevnadsgrad på 94 procent om bröstcancer diagnostiseras när tumörer diagnostiseras på mindre än 10 millimeter.
Saraf sa att tunnfilmsverktyget skulle ha minst tre fördelar för en manuell bröstundersökning utförd av en läkare:Det är känsligare; det skapar en bild av klumpen som kan inkluderas i patientens journaler; och det ger snabbare resultat än annan bildteknik.
"Andra tester, som mammografi och MR, kräver en nervkittlande väntan tills resultaten rapporteras, " sa Saraf. "Det här är mer som ett ultraljud, ger omedelbara resultat utan strålning och inte lika obekvämt som ett mammografi."
Andra enheter har försökt göra detta, men deras bildkvalitet är dålig och de kan inte bestämma en klumps form, ofta en nyckel till att avgöra om det är cancer.
En tidig version av tekniken, rapporterade 2006, kunde upptäcka skillnader i ytstruktur. Den senaste versionen mäter jämförande styvhet. Vanligtvis, maligna knölar är minst nio gånger så stela som den omgivande bröstvävnaden.
Saraf sa att nyckeln till framgång var att hitta den rätta balansen mellan känslighet och tryck:Om för mycket press krävs, verktyget skulle orsaka obehag för patienten. Men om filmen är för känslig, det skulle skapa en mättad bild och förhindra visualisering av en djupare inbäddad massa.
