Президентская программа
исследовательских проектов

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

27.09.2023 | RT
Источник: Gettyimages.ru / Inok

Российские ученые 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. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advanced Photonics Nexus.

Ученые 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.

Как отметили авторы работы, сейчас для исследования живых тканей все 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.

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


Система оптоакустической микроскопии с интегрированным игольчатым датчиком. Источник: Yu-Hang Liu et al. / Advanced Photonics Nexus, 2023

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.

Ученые 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, ученые сравнили чувствительность нового устройства с представленным на рынке аналогом на основе другого полимера. Датчики поместили над емкостью 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.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

Избранные новости

Возврат к списку