एचएसई विश्वविद्यालय, स्कोल्टेक, एमपीजीयू और एमआईएसआईएस की एक शोध टीम ने एक नैनोफोटोनिक-माइक्रोफ्लुइडिक सेंसर विकसित किया है जिसके संभावित अनुप्रयोगों में उपचार की सफलता का पता लगाना, निगरानी करना और मूल्यांकन करना शामिल है।
आज, डिवाइस उच्च सटीकता के साथ कम सांद्रता में घुलित गैसों और तरल पदार्थों की पहचान कर सकता है।
अध्ययन ऑप्टिक्स लेटर्स में दिखाई दिया।
विश्व स्वास्थ्य संगठन के अनुसार, 2020 में वैश्विक कैंसर के बोझ का अनुमान 19.3 मिलियन नए मामलों और 10 मिलियन मौतों का था।
डब्ल्यूएचओ के विशेषज्ञों का मानना है कि अनुमानित 30% नए मामलों को रोका जा सकता है, और उसी अनुपात के बारे में जल्दी पता लगाने के साथ ठीक किया जा सकता है।
आज, ‘लैब-ऑन-ए-चिप’ एक लघु सेंसर उपकरण है जो जटिल जैव रासायनिक विश्लेषण करने में सक्षम है जिसे प्रारंभिक कैंसर का पता लगाने के लिए सबसे आशाजनक तरीकों में से एक माना जाता है।
रूसी शोधकर्ताओं ने समाधान में बहुत कम सांद्रता में तरल पदार्थ और गैसों के अत्यधिक संवेदनशील विश्लेषण के लिए एक नया हाइब्रिड नैनोफोटोनिक-माइक्रोफ्लुइडिक सेंसर विकसित किया है।
एचएसई एमआईईएम प्रोफेसर ग्रेगरी गोल्ट्समैन कहते हैं, “हमारा अध्ययन एक कॉम्पैक्ट लैब-ऑन-ए-चिप डिवाइस बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है जो न केवल रक्त परीक्षणों का एक पूरा सेट करने में सक्षम है बल्कि प्रारंभिक चरण में कैंसर बायोमाकर्स का पता लगाने में सक्षम है। रोगी के रक्त की थोड़ी मात्रा।
आदर्श रूप से, हमारा लक्ष्य एक छोटा पोर्टेबल उपकरण बनाना है जिसमें रक्त की केवल एक बूंद की आवश्यकता हो।
एक बटन दबाकर, डॉक्टर परिणाम देखेंगे, उदाहरण के लिए, कि पैरामीटर सामान्य हैं या कि आगे के परीक्षणों की आवश्यकता है।”
वर्तमान डिवाइस में सेंसर सतह के ऊपर माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों के संयोजन में चिप पर नैनोफोटोनिक ऑप्टिकल सेंसर होते हैं।
चैनलों के माध्यम से पंप किए गए तरल पदार्थ या गैसें अत्यधिक संवेदनशील नैनोफोटोनिक उपकरणों में ऑप्टिकल विकिरण के प्रसार को प्रभावित करती हैं, जिससे आउटपुट की वर्णक्रमीय विशेषताओं में परिवर्तन होता है।
इन परिवर्तनों की जांच करके, शोधकर्ता नमूने की संरचना का निर्धारण कर सकते हैं।
डिवाइस की एक विशेष विशेषता माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों का छोटा आकार है जो सेंसर को नमूने वितरित करते हैं।
यह बहुत छोटे नमूनों से भी परिणाम प्राप्त करना संभव बनाता है, कुछ ऐसा जो महत्वपूर्ण हो सकता है जब साइट पर विश्लेषण संभव नहीं है और नमूनों को जांच के लिए कहीं और ले जाया जाना चाहिए।
मानव रक्त में कुछ घटक होते हैं जो ऑन्कोलॉजी रोगों के प्रारंभिक निदान के लिए मूल्यवान हो सकते हैं।
इस तरह के घटकों में बाह्य पुटिका (एक्सोसोम) शामिल हैं।
एक्सोसोम ऊतक और अंग कोशिकाओं द्वारा अंतरकोशिकीय अंतरिक्ष में छोड़े गए सूक्ष्म पुटिका हैं।
स्कोल्कोवो इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर दिमित्री गोरिन कहते हैं, ‘कोशिकाएं संदेश भेजने के लिए एक्सोसोम जैसे बाह्य कोशिकाओं का उपयोग करके आपस में संवाद करती हैं।
हालांकि, कुछ कारक – या तो आंतरिक (आनुवंशिक प्रवृत्ति) या बाहरी (पर्यावरण, जैसे विकिरण) – एक कोशिका के सामान्य कामकाज को बाधित कर सकते हैं, जिससे यह गलत संदेश भेज सकता है, जिससे अनियंत्रित कोशिका विभाजन और ट्यूमर का विकास हो सकता है।
कैंसर के प्रारंभिक चरण में, एक्सोसोम रक्त सांद्रता विश्लेषणात्मक रूप से महत्वपूर्ण मूल्यों तक पहुंचने के लिए बढ़ जाती है, जो कैंसर की उपस्थिति का संकेत देती है, इसलिए यह एक्सोसोम को ऑन्कोलॉजी में एक संभावित उपयोगी बायोमार्कर बनाता है।
अनुसंधान दल ने अपने डिवाइस को और अधिक परिष्कृत करने की योजना बनाई है ताकि इसका उपयोग कैंसर का पता लगाने की इस पद्धति के लिए किया जा सके।
अब तक, सेंसर का परीक्षण रक्त के नमूनों पर नहीं, बल्कि वजन के अनुसार 0.08% से 72% तक 20 अलग-अलग सांद्रता में आइसोप्रोपिल अल्कोहल के पानी के घोल पर किया गया है।
चूंकि शराब पानी में अत्यधिक घुलनशील है, इसलिए बहुत कम सांद्रता का उपयोग करना संभव था।
उदाहरण के लिए, सेंसर ने पानी के प्रति दस लाख अणुओं में अल्कोहल के 12 अणुओं वाले घोल में आइसोप्रोपेनॉल का पता लगाया।
वर्तमान में, डिवाइस केवल दो-घटक समाधानों का विश्लेषण कर सकता है, लेकिन लेखक माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों का उपयोग करके सेंसर सतह पर विशेष रिसेप्टर्स (aptamers, एंटीबॉडी, DARPins, और पेप्टाइड्स) को कवर करके इसे बहु-घटक विश्लेषण के लिए उपयुक्त बनाने की योजना बनाते हैं।
‘आज, उपकरण संचालन के लिए आवश्यक प्रायोगिक उपकरण बल्कि भारी हैं।
सेटअप में एक पेरिस्टाल्टिक पंप, एक ट्यून करने योग्य लेजर, एक फोटोडेटेक्टर, एक चिप और डेटा को संसाधित करने के लिए एक पीसी शामिल है’, पेपर के लेखक अलेक्सी कुज़िन, एचएसई स्नातक और स्कोल्टेक में वर्तमान डॉक्टरेट छात्र बताते हैं।
‘भविष्य में, हम तेजी से परीक्षण के लिए एक कॉम्पैक्ट और पोर्टेबल डिवाइस का उत्पादन करने की उम्मीद करते हैं जो कैंसर निदान, निगरानी और उपचार प्रतिक्रिया मूल्यांकन के समय और लागत को कम करेगा’।
अनुसंधान कैंसर के निदान में मदद करने के लिए हाइब्रिड सेंसर के विकास को दर्शाता है
