Ученые Пермского Политеха вместе с коллегами из Московского центра передовых исследований, МГУ, Российского квантового центра и южнокорейского Университета Сонгюнгван создали первый в мире компактный прибор на оптоволокне и металинзе. Он обнаруживает единичные наночастицы прямо на месте отбора пробы с точностью до 90%.
Большую опасность для экологии и здоровья человека представляют частицы мельче пяти микрон. Такой размер имеют микропластик, вызывающий воспаление и рак, и биомаркеры, указывающие на опухоль задолго до томографии. Их анализ методом флуоресцентной спектроскопии требует дорогого оборудования, а по пути в лабораторию образцы разрушаются за полчаса, искажая результат.
Устройство представляет собой оптоволоконный кабель — такой же, как для интернета, — на торец которого нанесена металинза. Это сверхтонкая пластинка, состоящая из миллионов крошечных кремниевых столбиков, каждый из которых работает как миниатюрная антенна для света (то есть улавливает и перенаправляет световые волны). Перед анализом наночастицы обрабатывают специальным красителем, который заставляет их светиться под лазером. Затем луч направляют по кабелю, металинза сжимает его в одну маленькую точку. Когда лазерный импульс попадает на обработанный объект, он начинает испускать ответный сигнал, который улавливается тем же кабелем и передается обратно на компьютер.
Прибор полностью умещается на ладони, не требует сложной настройки и устойчив к вибрациям. Ученые проверили это на практике: они брали конструкцию в руку, переносили по комнате, сгибали оптоволоконный кабель — и во всех случаях результаты оставались стабильными. При сравнении с измерениями на обычном лабораторном микроскопе точность прибора составила 85–90%. То есть он правильно определял, сколько именно наночастиц содержится в образце. Даже когда исследователи проходили с прибором несколько метров, сигнал не искажался. Это значит, что устройство можно использовать в полевых условиях — на берегу реки, на заводе, в машине скорой помощи — без потери качества анализа.
Разработка ученых в будущем позволит не просто констатировать наличие загрязнения или болезни, а делать это мгновенно и на месте — без потери времени и без искажения результатов. Для экологов это означает возможность оперативно реагировать на разливы пластика и находить источники загрязнения. Для врачей — проводить первичный скрининг пациентов в машине скорой помощи или в районной поликлинике, не дожидаясь дорогостоящего лабораторного анализа.
