Новый подход к диагностике: биосенсоры, вживляемые в ткани

Большая часть медицинского оборудования для оценки физического состояния пациента — довольно громоздкие приборы. Однако, для того чтобы проводить длительные наблюдения, нужны компактные устройства, не мешающие вести обычную жизнь и не повреждающие ткани — именно к созданию таких устройств стремятся разработчики гибкой биоэлектроники.

Биоэлектронные устройства миниатюрные и гибкие, их можно вживлять в ткани, не причиняя им вреда. Они настолько компактны, что могут быть сопоставимы по размерам с нейронами. По функции они тоже близки к нейронам, то есть способны воспринимать определённые сигналы. В то же время материал, из которого сделаны такие датчики, должен быть не только биосовместимым, но и стабильным, сохраняющимся в организме необходимое для обследования время.

В качестве материала для создания подобных датчиков были использованы углеродные нанотрубки. Сплетённые из них волокна такие тонкие, что их можно вводить с помощью шприца прямо в ткань или в кровеносные сосуды. При этом на носителе могут размещаться молекулы-биосенсоры, способные оценивать те или иные химические параметры. Волокна из углеродных нанотрубок сходны с мягкими тканями по своим физическим характеристикам, выдерживают деформацию и скручивание. Углеродные нанотрубки поглощают инфракрасное излучение, поэтому изготовленные из них волокна можно было визуализировать с помощью фотоакустической визуализации внутри кровеносных сосудов экспериментальных животных, которым их вводили.

Было разработано несколько вариантов биосенсоров на основе волокон из углеродных нанотрубок, которые протестировали на животных. Например, мышам с пересаженными опухолями вводили тонкие датчики в кровеносные сосуды, пронизывающие опухоли. Такие датчики позволяли определить участки опухоли, в которые не поступает кислород, — данная информация может иметь существенное значение при оценке злокачественности новообразования. А кошкам вводили другие биосенсоры, наблюдение за сигналами которых проводили с помощью специального пластыря. Эта система позволяла отслеживать колебание концентраций кальция в крови животных в течение 28 дней. На протяжении этого срока сохранялась чувствительность биосенсора.

Волокна могут быть адаптированы для измерения физических параметров, таких как температура, а также для сбора электрофизиологических данных, например, о работе сердца. Возможно, в обозримом будущем такие технологии изменят наше представление о мониторинге состояния здоровья.

Feiner R., Dvir T. Soft and fibrous multiplexed biosensors // Nat Biomed Eng. — 2020. —  V.4, N.2. — P. 135-136.