Գիտնականներն առաջարկել են ավելի ճշգրիտ բժշկական ախտորոշման կենսասենսորի նոր դիզայն

Մտավոր տեխնոլոգիաների, ռոբոտատեխնիկայի և տեղեկատվական անվտանգության (ՄՏՌՏՏԱ) համալսարանի գիտնականները, Ռուսաստանի և Չինաստանի գործընկերների հետ համատեղ, առաջարկել են գերզգայուն տերահերցային սենսորի նոր դիզայն։ Այն նախատեսված է իր կառուցվածքում տերահերցային ճառագայթում պարունակելու և նյութի հետ դրա փոխազդեցությունը բարելավելու համար։ Հաշվարկների համաձայն՝ այս համակարգը կկարողանա ճշգրիտ հայտնաբերել հեղուկ միջավայրի կազմի փոփոխություններն առանց քիմիական ռեակտիվների օգտագործման։ Այն կարող է օգտակար լինել բժշկական ախտորոշման, շրջակա միջավայրի մոնիթորինգի և արդյունաբերական որակի վերահսկման համար։ Ռուսաստանի գիտական ​​հիմնադրամի դրամաշնորհով ֆինանսավորվող հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nanophotonics ամսագրում։

Տերահերցային ճառագայթումը հեռանկարային գործիք է բժշկական ախտորոշման և շրջակա միջավայրի մոնիթորինգի համար, հաղորդել է «Научная Россия»-ն։ Այն անվտանգ է մարդկանց համար, կարող է թափանցել անթափանց նյութերի մեջ և փոխազդել խոշոր օրգանական մոլեկուլների տատանումների հետ։ Սակայն գոյություն ունեցող տերահերցային սենսորներն ունեն թերություններ՝ ցածր զգայունություն, որը թույլ չի տալիս նրանց հայտնաբերել նյութի խտության փոքր փոփոխությունները, և ցածր ընտրողականություն, որը դժվարացնում է սենսորի համար տարբեր տեսակի մոլեկուլների տարբերակումը։ Սա տեղի է ունենում այն պատճառով, որ տերահերցային ալիքի երկարությունը մի քանի անգամ մեծ է մոլեկուլների չափից. ալիքը «չի նկատում» մասնիկը, և լույսն ու նյութը շատ թույլ են փոխազդում։

ՄՏՌՏՏԱ համալսարանի, Ա.Ֆ. Իոֆֆեի անվան ֆիզիկայի և ճարտարագիտության ինստիտուտի և Խարբինի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (Չինաստան) գիտնականներն առաջարկել են տերահերցային սենսորի նախագիծ, որը կարող է «որսալ» լույսը ներքին միջավայրից՝ այդպիսով ուժեղացնելով դրա փոխազդեցությունը նյութի հետ։ Համակարգը բաղկացած է գրաֆենի շերտերի մետամակերեսից, միկրոռեզոնատորից և ոսկե անդրադարձնող շերտից։ Այս տարրերը միասին ստեղծում են պայմաններ, որոնց դեպքում տերահերցային ճառագայթումը գործնականում չի անդրադարձվում կառուցվածքից, և դրա էներգիան արդյունավետորեն կենտրոնանում է միկրոռեզոնատորի ներսում, որը պարունակում է վերլուծվող նյութը։

Երբ այս կառուցվածքը ճառագայթվում է տերահերցային ալիքով, տեղի է ունենում հատուկ երևույթ՝ Ֆանոյի ռեզոնանս, բնորոշ ասիմետրիկ կլանման գծի ձևով։ Արդյունքում՝ համակարգն ուժեղացնում է լույսի և նյութի փոխազդեցությունը. արտաքին ճառագայթման արտահոսքը հավասարակշռվում է ներքին կորուստներով, անդրադարձումը գործնականում զրոյի է հասնում, կլանումը հասնում է առավելագույնի։ Լույսը ո՛չ անդրադարձվում է, ո՛չ էլ ցրվում՝ այն ամբողջությամբ կլանվում է վերլուծվող նյութի կողմից, քանի որ այն բազմիցս անցնում է սենսորային կառուցվածքով։

Առաջարկվող համակարգի մեկ այլ առավելությունը դրա էլեկտրական կարգավորումն է։ Գրաֆենի մետամակերևույթի վրա լարումը փոփոխելով՝ հնարավոր է վերահսկել ռեզոնանսային պարամետրերը և հարմարեցնել սենսորի աշխատանքը տարբեր պայմաններին՝ միաժամանակ պահպանելով դրա բարձր զգայունությունը։

Ապագայում հեղինակները նախատեսում են արտադրել իրական սենսոր և հարմարեցնել այն՝ խիրալ մոլեկուլները ճանաչելու համար, միացություններ, որոնք ունեն երկու հայելային-սիմետրիկ ձև։ Չնայած դրանց քիմիական կազմը նույնական է, այս ձևերը կարող են տարբեր կերպ փոխազդել օրգանիզմի հետ. մեկը կարող է ունենալ թերապևտիկ ազդեցություն, մինչդեռ մյուսը կարող է լինել անարդյունավետ կամ նույնիսկ թունավոր։ Հետևաբար, դրանք տարբերակելու ունակությունը հատկապես կարևոր է դեղագիտության համար։

«Մենք ենթադրում ենք, որ մեր առաջարկած սենսորային դիզայնը հնարավորություն կտա ստեղծել սարք, որը մի քանի անգամ ավելի զգայուն կլինի միջավայրի կազմի փոփոխությունների նկատմամբ, քան առկա անալոգները։ Այս զարգացումը կարձագանքի բեկման ցուցիչի աննշան փոփոխություններին, օրինակ՝ հեղուկում գլյուկոզայի մոլեկուլների, սպիտակուցների, վիրուսների կամ տոքսինների հետքային քանակների առկայությանը», - ասել է, ՄՌՌՏՏԱ նոր ֆիզիկայի և ճարտարագիտության ֆակուլտետի առաջատար գիտաշխատող, ուսումնասիրության հեղինակներից՝ Միխայիլ Ռիբինը։

Նման սենսորների մշակումն օգտակար կլինի քաղցկեղի բջիջները և վիրուսները անմիջապես բիոպսիաներում նույնականացնելու համար՝ վերացնելով ներկման կամ բարդ նախապատրաստման անհրաժեշտությունը, ջրում պեստիցիդների, հերբիցիդների դեմ պայքարի միջոցների կամ արդյունաբերական աղտոտիչների միկրոդոզաների հայտնաբերման, ինչպես նաև դեղագործական և սննդի արդյունաբերություններում որակի վերահսկման համար՝ հեղուկ միջավայրերի վերլուծության ժամանակ։