Ученые из Пермского Политеха в сотрудничестве с коллегами из Московского центра передовых исследований, МГУ имени М.В. Ломоносова, Российского квантового центра и Университета Сонгюнгван в Южной Корее сделали шаг в будущее науки: они разработали уникальный компактный прибор, который способен выявлять единичные наночастицы прямо на месте отбора пробы.
Эта революционная технология, использующая оптоволокно и металинзы, демонстрирует поразительную точность в 90%. Такая разработка открывает новые горизонты для поиска микропластика и биомаркеров рака, задач, которые ранее требовали сложного и дорогостоящего лабораторного оборудования. Традиционно образцы, например, воды или крови, необходимо транспортировать в лабораторию, что чревато потерей целостности частиц — они могут разрушаться, оседать на стенках пробирок или слипаться, что искажает результаты анализа. Особенно критично это в онкологии: некоторые биомаркеры, такие как внеклеточные везикулы — микроскопические пузырьки, выделяемые клетками, могут утрачивать свою целостность всего за полчаса.
На основе метода флуоресцентной корреляционной спектроскопии, ученые обрабатывают наночастицы специальным красителем, благодаря которому они начинают светиться под воздействием лазера. Свет проходит по оптоволоконному кабелю, а металинза, представляющая собой сверхтонкую пластинку с миллионами кремниевых элементов, сжимает луч в одну точку. При попадании лазера на частицу она испускает ответный сигнал, который затем передается на компьютер для анализа.
В ходе тестирования прибора исследователи использовали светящиеся пластиковые частицы и белковые молекулы, и устройство успешно обнаруживало все объекты, даже в сверхнизких концентрациях — когда на литр воды или крови приходилось лишь несколько сотен миллионов частиц. Профессор кафедры общей физики ПНИПУ Александр Сюй сравнил этот процесс с поиском иголки в стоге сена. Ключевым аспектом оказался правильный выбор толщины оптоволокна: оптимальный диаметр в 50 микрон соответствует половине человеческого волоса. Устройство, помещающееся в ладонь, устойчиво к вибрациям и демонстрирует стабильные результаты даже при переноске и сгибании кабеля — точность на уровне 85–90% по сравнению с лабораторными микроскопами.
Авторы разработки уверены, что в будущем такая технология сможет проводить экспресс-анализы на месте — будь то на берегу реки, на производстве или в машине скорой помощи. Это значительно ускорит процесс выявления микропластикового загрязнения и поможет диагностировать опасные заболевания на ранних стадиях, что в свою очередь спасет множество жизней.
