Создан компактный прибор для выявления микропластика и ранних онкологических маркёров с 90% точностью

Основной экологической и медицинской угрозой являются невидимые наночастицы. Среди них микропластик, обнаруживаемый даже в крови человека, который провоцирует хроническое воспаление и развитие рака. Кроме того, существуют биологические маркеры, указывающие на наличие опухоли задолго до ее обнаружения томографом.

Для их выявления применяется флуоресцентная корреляционная спектроскопия — метод, способный зафиксировать отдельные молекулы. Однако оборудование для него громоздкое, дорогостоящее и неподвижное, что требует транспортировки образцов в лабораторию. При этом частицы оседают, агломерируются или разрушаются, а раковые маркеры за полчаса могут полностью разложиться, искажаются результаты анализа. Исследователи Пермского Политеха совместно с коллегами из Московского центра передовых исследований, МГУ, Российского квантового центра и Университета Сонгюнгван (Южная Корея) разработали первый в мире компактный прибор на основе оптоволокна и металинзы. Устройство выявляет отдельные наночастицы непосредственно на месте взятия проб с точностью до 90%.

Статья с описанием разработок опубликована в журнале «Advanced Optical Materials» в 2026 году.

Проблема обнаружения наночастиц стоит остро как в экологии, так и в медицине. Невидимые фрагменты размером менее 5 микрон — примерно в 20 раз тоньше листа бумаги — включают две категории опасных объектов. Во-первых, микропластик, обнаруживаемый учеными в крови человека. Он вызывает хроническое воспаление, повреждает клетки и способствует развитию онкологических и аутоиммунных заболеваний.

Во-вторых, к опасным наночастицам относятся биологические маркеры, например внеклеточные везикулы — крошечные пузырьки, выделяемые клетками в кровь. Они несут сигналы о начале формирования раковой опухоли задолго до того, как ее можно визуализировать с помощью томографа. Раннее обнаружение таких маркеров даёт возможность диагностировать рак на наиболее эффективной для лечения стадии.

Основной задачей является своевременное выявление этих частиц. Сегодня для этого применяется флуоресцентная корреляционная спектроскопия: частицы маркируются таким образом, чтобы светиться под лазером, а дальше по их движению рассчитываются размер и количество.

Несмотря на высокую точность, этот метод усложнён громоздкостью и высокой стоимостью приборов, привязанных к лабораторным условиям. Пробы берут и доставляют в лабораторию, что приводит к оседанию, слипанию и разрушению наночастиц. Биомаркеры рака могут разрушаться уже через 30 минут после забора. В результате данные искажаются.

Решением этой проблемы стал компактный прибор на основе оптоволокна и металинзы, разработанный совместно учёными из нескольких институтов, включая Пермский Политех и МГУ. Устройство способно обнаруживать отдельные наночастицы напрямую в месте забора пробы с точностью до 90%.

Прибор выполнен в виде оптоволоконного кабеля, подобного сетевому, с нанесённой на торец металинзой — тонкой пластиной из миллионов кремниевых столбиков, функционирующих как миниатюрные антенны для световых волн. Перед анализом наночастицы окрашиваются специальным красителем, делающим их светящимися под лазером. Свет проходит через кабель, металинза фокусирует лазерный луч, вызывая свечение объекта, которое детектируется тем же кабелем и передается на компьютер для анализа.

Экспериментально прибор проверяли на светящихся пластиковых частицах разных размеров и отдельных молекулах белка. Он уверенно обнаруживал объекты даже при низкой концентрации — несколько сотен миллионов частиц на литр воды или крови, что сравнимо с поиском иголки в стоге сена. Ключевым фактором стала оптимальная толщина волокна — 50 микрон, около половины толщины человеческого волоса. Слишком тонкое волокно плохо собирает свет, слишком толстое снижает чувствительность.

«Прибор умещается на ладони, не требует настройки и устойчив к вибрациям. Мы переносили устройство по комнате, сгибали оптоволоконный кабель — и данные оставались стабильными», — отмечает Александр Сюй, профессор кафедры общей физики ПНИПУ, доктор физико-математических наук.

Точность измерений прибора, сопоставленная с лабораторным микроскопом, достигала 85–90%. Это значит, что он способен с высокой достоверностью определять количество наночастиц в пробе. Благодаря этому устройство можно применять в полевых условиях — на берегу реки, на производстве или даже в машине скорой помощи — без потери качества анализа.

Разработка открывает возможности для оперативного реагирования экологов на загрязнения и позволяет медикам проводить скрининг пациентов вне лаборатории, ускоряя диагностику и снижая затраты.

Источник информации и фото: пресс-служба ПНИПУ

Создан компактный прибор для выявления микропластика и ранних онкологических маркёров с 90% точностью • Опубликовано на FiNE NEWS