Наносенсорные массивы «чуют» рак
В 2006 году исследователи установили, что собаки могут обнаруживать рак, обнюхивая выдыхаемый воздух пациентов. Теперь, используя наномасштабные массивы детекторов, две группы учёных показали, что компактное механическое устройство также может «вынюхать» рак лёгких у людей.
Хоссам Хайк, Ph.D., и его коллеги из Технологического института Израиля в Хайфе использовали сеть из 10 наборов химически модифицированных углеродных нанотрубок для создания многокомпонентного сенсора, способного отличать здоровое дыхание от дыхания, характерного для пациентов с раком лёгких. Эта работа опубликована в журнале Nano News. Между тем, Сильвано Драгоньери, M.D., Университет Бари, Италия, и его коллеги использовали коммерческую электронную «нос» на основе наномассива для различения дыхания пациентов с немелкоклеточным раком лёгких (НМРЛ) и хронической обструктивной болезнью лёгких (ХОБЛ). Эти результаты опубликованы в журнале Lung Cancer.
Ключевым достижением в работе команды доктора Хайка стало доказательство того, что электрическое сопротивление углеродных нанотрубок, покрытых неполимерными органическими слоями, существенно меняется, когда над трубками проходят неполярные органические молекулы, такие как присутствующие в дыхании. Непокрытые нанотрубки не так сильно реагируют на неполярные молекулы, содержащиеся в дыхании человека.
Используя 10 различных органических покрытий, исследователи создали полевые транзисторы, состоящие из случайных сетей каждой из разных покрытых нанотрубок. Получившийся массив производит характерное изменение электрического сигнала при контакте с летучими неполярными органическими веществами. Вычислительная техника, известная как анализ главных компонент, может расшифровать сложное изменение сигнала, когда смеси неполярных органических молекул проходят над сенсорной сетью. При построении в двух измерениях данные от смоделированных групп «здоровых» и «больных раком лёгких» образуют два чётких кластера, легко различающих эти две группы. Исследователи также показали, что их устройство может отличить здоровых крыс от крыс с хронической почечной недостаточностью.
Вместо разработки собственного устройства группа доктора Драгоньери использовала прибор Cyranose 320 производства Smiths Detection (Пасадина, Калифорния). Этот портативный электронный нос, широко используемый в химической и пищевой промышленности, применяет нанокомпозитный сенсорный массив для быстрого обнаружения летучих органических соединений в воздухе.
В этом исследовании команда доктора Драгоньери собрала образцы дыхания у 10 пациентов с НМРЛ, 10 с ХОБЛ и 10 здоровых людей из контрольной группы. После высушивания образцов исследователи проанализировали их с помощью Cyranose 320 и его встроенного статистического программного обеспечения. «Обонятельные отпечатки», аналогичные отпечаткам пальцев, от трёх групп пациентов чётко различались, без неоднозначности между группами. Исследователи отмечают, что эти результаты обосновывают проведение крупного проспективного клинического испытания, чтобы определить, может ли эта система быть полезной в реальных клинических условиях, включая кабинеты врачей.
Результаты работы команды доктора Хайка опубликованы в статье «Detection of nonpolar molecules by means of carrier scattering in random networks of carbon nanotubes: Toward diagnosis of diseases via breath samples». Аннотация доступна на сайте журнала.
Доктор Драгоньери и его коллеги опубликовали свою работу в статье «An electronic nose in the discrimination of patients with non-small cell cancer and COPD». В работе участвовали исследователи из Медицинского центра Лейденского университета и Амстердамского университета (Нидерланды), а также из Фонда Сальваторе Мауджери в Кассано-делле-Мурдже (Италия). Аннотация доступна на сайте журнала.