使用光监测癌症
EPFL研究人员开发了一种基于纳米光子学技术和数据科学探测和监测在早期癌症生物标记。他们的研究发表在自然通讯。
医生检查病人的体液,如血液、尿液、唾液、鼻拭子,诊断。这是因为物质在这样biofluids可能提供至关重要的健康状态信息。生物传感器是biosamples等新兴设备能力分析,寻找疾病的物质象征。COVID-19测试最新的生物传感器的例子。从体液,他们可以检测各种物质,如病毒表面的生物分子(蛋白质),病毒遗传物质(RNA / DNA),甚至身体的免疫反应的病毒(抗体)。这些生物物质,这可能标志着一种疾病的存在,被称为生物标志物。
癌症的数量正在增加
在这方面,生物传感器是典型的医疗支持的管理传染病预防传染病和癌症等危及生命的病症的诊断。作为全球第二大死亡原因,癌症占每年超过900万人死亡,这一数字继续上升。“一个早期诊断通常是增加治愈的可能性,完全康复,和更高的癌症病人的生活质量。因此,获得可靠的生物传感器早期癌症检测和治疗监测是非常重要的,”说Hatice Altug,工程学院Bionanophotonic系统实验室的负责人。
一种颜色的光
为了对社会产生重大影响,生物传感器必须快速、低成本、易于使用、紧凑、和自主,这样就可以方便地使用医生、护理人员、护理人员和病人自己。光学技术是强大的方法,是若格外引人注目。“大多数光学生物传感器需要各种颜色的光,像一个彩虹,可靠地执行。这一事实需要笨重的实现,昂贵,和光谱仪等先进的仪器来提取最精确的数据从每个颜色的光谱,限制光学生物传感器的广泛使用,“Yasaman质的说,博士的助理。为了解决这个问题,欧洲科学家介绍了一个新颖的概念,只允许使用一个操作的光色用一个简单的成像探测器。然而,这个系统提供了高度精确的若信息,如果传感器与整个彩虹照亮。
纳米光子学和数据科学
新方法利用两个聪明的技巧:纳米光子学和数据科学技术。若使用的光学芯片组成纳米结构的硅。这种材料现在已经彻底改变了微电子行业在纳米光子学中发挥着关键的作用。纳米硅表面特性在100 nm的顺序陷阱biosample /芯片接口上的光效率。“这使得生物传感器非常敏感的生物标志物的存在,导致不同的入射光的特性变化。的设备,这个特性是“量”的变化收集的光称为光强度说:“Yasaman质的。典型的相机不断接收的光穿过生物芯片获得一系列图像从生物芯片在数以百万计的图像像素强度信息。“当生物芯片上的生物标记附着在纳米结构,强度变化引起的强度变化的图像是编译每个像素分辨率非常高,”教授补充道。
彩虹之光
考虑到一个像素的信号可能是噪声和欺骗性,研究人员使用一种数据科学技术结合预录的性能地图巧妙处理从这些大量的像素强度信息通过考虑每个像素的效率和调整其贡献最终以一个集体的方式读出。”在日常生活中,这一过程类似于做一个坚实的结论从一群专家的仔细权衡他们的知识输入的字段,而不是依靠他们一视同仁。这有助于提炼结论通过最小化可能不准确的信息从一个人的贡献,“说Hatice Altug。通过这种方法,研究人员能够利用一个单一的颜色光还能得到高度健壮若结果类似于从彩虹而获得去除需要成熟,笨重,昂贵的仪器
监测癌症液
作为示范,科学家们应用癌症诊断的新生物传感器通过检测肿瘤液,这是早期癌症生物标记。Tumor-derived液在体液循环微小囊泡的直径一百纳米。他们从癌细胞分泌和携带的关键信息,如癌症类型及其阶段。“增加数据表明tumor-derived液不仅是废物的癌细胞,但使用的肿瘤促进其增长在遥远的地点,一个常常致命的过程称为转移,”米歇尔•德•帕尔马说,他导致了研究。后续的成像进行生物传感器可以实时监控癌症液在一个广泛的检测范围,是临床相关的健康和生病的人。
研究人员认为,他们的方法提供了独特的可能性高度可靠、紧凑,和低成本传感装置在未来,尤其是将进一步与人工智能相结合。这样的健康监护器将下一代医疗网络的重要组成部分对改善健康和安全。
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