Научная
деятельность
Университет ИТМО

Петербургские ученые предложили использовать технологию терагерцовой голографии для проведения теста на диабет

Ученые из Университета ИТМО и НМИЦ им. Алмазова предложили идею нового анализа на диабет. Она основана на том, что плазма крови больного имеет иной отклик в терагерцовом диапазоне, нежели плазма человека без этого заболевания. Подробнее в тексте ITMO.NEWS.

Свыше 420 миллионов человек ― именно столько, по данным ВОЗ, сегодня страдают от сахарного диабета. За последние 30 лет количество людей, вынужденных жить с этой болезнью, неуклонно растет. Они сталкиваются далеко не только с ограничениями в еде и необходимостью принимать препараты ― осложнения, вызванные диабетом, могут привести к слепоте, нарушениям работы почек, нарушениям кровообращения.

Чем раньше болезнь удается выявить, тем более полноценную и здоровую жизнь сможет вести человек. Именно поэтому ученые стараются постоянно совершенствовать технологии проведения анализов. Так, привычный многим глюкометр является хорошим способом следить за уровнем сахара в крови, его показания могут служить сигналом, что следует обратиться к врачу, но их недостаточно, чтобы поставить точный диагноз.

«Для постановки диагноза анализируется венозная кровь, ― рассказывает научный сотрудник НМИЦ им. В.А. Алмазова Юлия Кононова. ― Для ее анализа есть методы, которые являются достаточно точными. Они имеют определенные особенности. Отдельные методы могут использоваться только для анализа цельной крови, которая не подлежит длительному хранению. Есть методы, которые основаны на анализе свойств не самих химических соединений, содержащихся в крови, а продуктов превращения. Все эти методы требуют достаточно дорогостоящих химических реактивов и лабораторного оборудования, чтобы провести анализ».

Юлия Кононова
Юлия Кононова

Ученые Университета ИТМО и Центра Алмазова опубликовали статью, в которой представили новый метод анализа. Предложенная технология предполагает анализ не жидкой крови, а специальным образом сгущенной плазмы, что позволяет хранить ее длительное время. Выявлять изменения в составе крови, характерные для диабета, предлагается с помощью технологии терагерцовой голографии, что в перспективе может позволить проводить тест в течение пары часов.

Голограмма плазмы крови

Диабет представляет собой нарушение обмена веществ, приводящее к повышению уровня сахара в крови. При этом, если не проводится лечение и уровень сахара повышен в течение длительного времени, белки крови, такие как гемоглобин и альбумин, связываются с молекулами глюкозы. В результате химический состав крови заметно отличается от нормального.

Помимо прочего, изменения в составе приводят к тому, что плазма крови человека, больного диабетом, имеет немного другие показатели преломления и отражения в терагерцовом диапазоне. Именно это и предложили использовать для анализа.

Максим Куля
Максим Куля

«Идея состоит в том, что образец облучается излучением в терагерцовом диапазоне спектра и на основании того, как оно проходит через образец, в перспективе можно будет судить о составе крови, ― рассказывает сотрудник Университета ИТМО Максим Куля. ― Излучение частично поглощается, частично преломляется. Мы используем широкий пучок терагерцового излучения, освещающего образец, и на некотором расстоянии от него регистрируется все волновое поле с помощью голографической техники. Далее численными методами производим расчет распространения поля назад в плоскость объекта. Таким образом, мы записываем цифровую голограмму, которая содержит полную информацию о свойствах излучения, которое взаимодействовало с образцом. На основании этой информации можно судить о том, это кровь человека больного диабетом или нет».

Таблетированная плазма

Таблетированная плазма крови человека. Фото предоставлено авторами статьи
Таблетированная плазма крови человека. Фото предоставлено авторами статьи

Дополнительное удобство дает то, что плазма анализируется не в жидком виде, а в твердом, в виде специальным образом приготовленных таблеток. Это дает возможность хранить образцы без дополнительных затрат на специальные холодильные установки. Кроме того, это позволяет анализировать состав крови без влияния воды, которая сильно поглощает терагерцовое излучение.

«Таблетки имеют жесткость, их можно ставить в установку как в горизонтальном положении, так и вертикальном, ― объясняет аспирант Университета ИТМО Евгений Одляницкий. ― Также их свойства не меняются долгое время. Для нашего метода также важно, что мы имеем априорную информацию об их толщине ― приготовив образец, мы можем точно его измерить. Жидкую плазму же надо заливать в кювету, стенки которой дают искажения».

В будущем не исключено, что подобный способ заготовления плазмы крови для анализа может быть использован и при других исследованиях.

Исследование проведено в рамках работы по гранту RFBR-CNRS по исследовательскому проекту 18-51-16002, RFBR 17-00-00275 (17-00-00272). В работе приняли участие сотрудники лаборатории фемтомедицины и лаборатории цифровой и изобразительной голографии Университета ИТМО, которые входят в Международный институт «Фотоника и оптоинформатика». Работа проведена под руководством Ольги Смолянской.

Статья: M.S. Kulya, E.L. Odlyanitskiy, Q.Cassar, I.A. Mustafin, V.N. Trukhin, P.G. Gavrilova, D.V. Korolev, Y.A. Kononova, N.S. Balbekin, P. Mounaix, J.-P. Guillet, N.V. Petrov, O.A. Smolyanskaya. «Fast Terahertz Spectroscopic Holographic Assessment of Optical Properties of Diabetic Blood Plasma». Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2020/10.1007/s10762-020-00728-9