Весит около грамма: российские учёные разработали ультраточный микродатчик для изучения сосудов и раковых опухолей

Российские учёные разработали новый высокочувствительный УЗИ-датчик для исследования сосудов и кровотока. Устройство весит около 1 г и выглядит как тонкая игла с чувствительным полимерным материалом на конце. Опыты на мышах показали, что датчик позволяет получать более точные и контрастные изображения, чем обычные оптические микроскопы. По словам специалистов, новое устройство может быть использовано для определения точных границ раковых опухолей.

• Gettyimages.ru
• © Inok

Учёные из лаборатории ультразвуковой и оптоакустической диагностики Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН создали новый высокочувствительный ультразвуковой датчик для более точного исследования сосудов и кровотока. Об этом RT сообщили в пресс-службе РНФ. Исследование поддержано грантом фонда. Результаты опубликованы в журнале Advanced Photonics Nexus.

Как отметили авторы работы, сейчас для исследования живых тканей всё чаще используются системы оптоакустической визуализации — на кожный образец воздействуют лазерными импульсами, которые на сотые доли градуса нагревают молекулярные «красители» крови, хромофоры. Такие молекулы в результате нагрева генерируют ультразвуковые импульсы, которые фиксируются датчиками системы — гидрофонами. Затем с помощью оптического микроскопа формируется изображение сосудов. Такой метод позволяет определить границы раковых опухолей, так как они всегда окружены плотной сеткой из кровеносных сосудов.

• Gettyimages.ru
• © shironosov

Однако, по словам учёных, у современных датчиков, которые применяются в оптоакустических системах, есть минусы: они недостаточно миниатюрны и чувствительны и не могут быть интегрированы в ряд высокоточных приборов.

В новой работе специалисты создали миниатюрный ультразвуковой датчик на основе фторсодержащего полимера PVDF-TrFE. Устройство весит около 1 г и представляет собой тонкую иглу с чувствительным полимерным материалом на конце.

Учёные установили датчик в оптическую систему лазерного сканирующего микроскопа и изучили с его помощью сосуды головного мозга лабораторных мышей. Снимки мозга животных, полученные с микроскопа, корректировались на основе сигналов, зафиксированных датчиком непосредственно в органе животного. Конечные изображения оказались точнее и контрастнее изначальных. По словам специалистов, их устройство сможет получать снимки с высоким разрешением в 0,5 микрометра, что сопоставимо с размером бактерий.

«Разработанный нами миниатюрный датчик легко интегрируется в оптические системы микроскопов. Это может быть полезно при исследовании развития опухолей, поскольку позволит детально проследить все особенности раковых клеток, оплетающих их сосудов и окружающих тканей», — рассказал RT заведующий лабораторией ультразвуковой и оптоакустической диагностики Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН Павел Субочев.

Кроме того, учёные сравнили чувствительность нового устройства с представленным на рынке аналогом на основе другого полимера. Датчики поместили над ёмкостью с водой и определили, как каждый из них улавливает пропускаемый через жидкость ультразвук. Новый гидрофон оказался в десять раз чувствительнее конкурента.

«В дальнейшем мы планируем продолжать совершенствовать ультразвуковой датчик, а именно разработать такую конфигурацию, которая позволит регистрировать акустические волны с амплитудами менее одного паскаля», — отметил Павел Субочев.

Источник