Недавно китайские исследователи разработали новую терагерцовую фотоакустическую систему, что стало значительным шагом вперед в области неинвазивной диагностики. Эта система преодолевает водные помехи, исключая необходимость забора крови или маркировки, и позволяет в режиме реального времени измерять уровень натрия в организме живых мышей. Предварительные испытания на людях также продемонстрировали ее потенциал и возможность применения в клинической практике.
Терагерцовые волны, расположенные между микроволновым и средним инфракрасным диапазонами, обладают такими преимуществами, как низкая энергия, безвредность для тканей, слабое рассеяние и высокая чувствительность к биологическим структурным изменениям, что делает их идеальным инструментом для биомедицинского обнаружения. Однако терагерцовые волны легко поглощаются водой, что создает две основные проблемы для биомедицинских приложений: устранение помех от молекул воды в сложных образцах и достижение обнаружения в естественных условиях через толстые биологические ткани.
Точное измерение уровня натрия в крови имеет решающее значение для диагностики и лечения обезвоживания, заболеваний почек и некоторых неврологических/эндокринных расстройств. Исследовательская группа разработала систему обнаружения, сочетающую фотоакустическое зондирование и терагерцовую спектроскопию, позволяющую осуществлять долгосрочный неинвазивный мониторинг концентрации натрия в крови.
Система излучает терагерцовые волны с помощью модульной установки, возбуждая ионы натрия в крови для генерации ультразвуковых волн, которые затем улавливаются ультразвуковым датчиком. Фотоакустический метод преобразует поглощенную терагерцовую энергию в звуковые волны, эффективно преодолевая помехи, связанные с поглощением воды. Она позволяет проводить долгосрочный мониторинг уровня натрия в крови без меток на живых мышах, а испытания на людях-добровольцах также дали многообещающие результаты.
«В будущем эта система сможет не только определять уровень натрия в крови, но и идентифицировать другие ионы, такие как калий и кальций, а также биомолекулы, такие как сахара, белки и ферменты, по их терагерцовым сигнатурам поглощения, демонстрируя широкий потенциал развития»
