- Статьи
- Наука и техника
- До всех пор: световой метод поможет быстро выявить «невидимые» заболевания кожи
До всех пор: световой метод поможет быстро выявить «невидимые» заболевания кожи
В России разработали новый метод изучения микроповреждений кожи. Усовершенствованный ручной микроскоп позволяет врачам детально визуализировать воспаления, раздраженные поры, границы новообразований и капилляры, что может повысить эффективность ранней диагностики различных заболеваний, включая онкологические. Кроме того, технология способна помочь исследователям в проведении экспресс-анализа микропластика в воде и пищевых продуктах. Вместе с тем, чтобы разработка вышла за пределы лабораторного прототипа и стала более компактной и удобной для практического применения, ей предстоит пройти этап дальнейшей доработки, отмечают эксперты.
Как свет выявит скрытые болезни кожи
Ученые Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого разработали новую технологию для исследования микроскопических объектов, включая бактерии, мельчайшие дефекты кожи человека и частицы микропластика.
Как пояснили авторы проекта, метод позволяет быстро и без повреждения выявить то, что ранее было трудно или невозможно обнаружить. При этом технология не требует сложной подготовки исследуемых материалов. Ее основой стали поляризационные свойства света и специальные методы анализа отраженного излучения.
Поляризация — это характеристика света, которая показывает, в каком направлении колеблются световые волны. В обычных условиях они распространяются в разных плоскостях, однако после прохождения через специальный фильтр — поляризатор — сохраняются только волны с одинаковым направлением колебаний.
— У света есть четыре параметра, которые описывают его поляризацию. Измеряя их в излучении, отраженном от объекта, можно узнать о последнем гораздо больше, — рассказал «Известиям» рассказал директор Центра исследования проблем микропластика НовГУ Владимир Чигринов.
По его словам, бактерии в воде зачастую остаются невидимыми, поскольку их оптические свойства близки к свойствам окружающей среды. Однако при наблюдении через поляризационный фильтр они становятся различимыми. Более того, особенности поляризационного сигнала позволяют определять тип микроорганизмов. Такой подход дает возможность изучать живые системы без окрашивания и сложной подготовки образцов.
Для практического применения этого принципа ученые разработали специальное устройство, рассказал специалист. Конструкция состоит из лазера, оптических фильтров — линейный поляризатор и четвертьволновая пластинка, — а также камеры с поляризационным слоем. Во время наблюдения лазерный луч проходит через фильтры, отражается от исследуемого объекта, после чего камера регистрирует параметры поляризации отраженного света. Это позволяет получать полную информацию об объекте в режиме реального времени, а не анализировать его по отдельным фрагментам.
— Мы провели эксперимент по обследованию кожи человека, для чего использовали ручной микроскоп с поляризационным фильтром. Уже при 30-кратном увеличении хорошо видны расширенные поры, а при увеличении в 100–200 можно рассмотреть воспаленные или раздраженные поры — заметны покраснение и отечность, — пояснил Владимир Чигринов.
По его словам, поляризация позволила четко увидеть края родинок. Это важно, например, для диагностики и выбора тактики лечения онкологических заболеваний. Вместе с тем благодаря усовершенствованному прибору легко рассмотреть капилляры и другие микроскопические элементы. Полученные изображения сохраняются одним нажатием кнопки. Их можно потом сравнить или показать пациенту. Такой подход поможет врачу или косметологу быстро получить наглядную информацию о состоянии кожи пациента.
Как метод «подсветит» микропластик в продуктах
Ученые опробовали новый подход и для анализа микропластика. В ходе исследований они выяснили, что с помощью поляризационной камеры можно определить размер частиц, тип полимера, форму и степень разрушения (старения) материала и его внутреннюю структуру, добавил Владимир Чигринов.
— По сравнению с традиционными методами, специалисты получают изображение всего объекта сразу, без долгого сканирования по частям. При этом анализ параметров света дает больше сведений о структуре и составе, чем при обычных исследованиях, и позволяет изучать объекты, которые не видны в обычном свете. Также важно, что для реализации метода не требуется сложное и дорогое оборудование, — заметил специалист.
Он добавил, что новый метод может помочь, например, оперативно выявлять и классифицировать частицы микропластика в воде и почве. В пищевой отрасли технология будет востребована для экспресс-анализа состава продуктов. В материаловедении — для изучения структуры и внутренних напряжений в полимерах, жидких кристаллах. Таким образом, разработка обещает стать универсальным инструментом для различных применений.
— Идея интересная, и при продолжении исследований возможно доведение до серийного выпуска. Главное, чтобы были заказчики таких приборов, — считает заведующая кафедрой «Техносферная безопасность» Пензенского государственного университета Оксана Безбородова.
При этом она отметила, что, исходя из описания, разработка довольно громоздка и на данном этапе не может иметь мобильное исполнение. Вес лабораторного лазера варьируется от 5 до 30 кг с энергопотреблением до 7–8 кВт. Линейный поляризатор тоже не маленький и может весить от 1 до 5 кг.
Завкафедрой инжиниринга технологического оборудования НИТУ МИСИС, генеральный конструктор КБ «Карфидов Лаб» Алексей Карфидов в беседе с «Известиями» отметил, что технология выглядит перспективной, но для ее выхода за рамки лабораторного макета потребуются серьезные доработки.
— Если предполагается усовершенствование стандартного микроскопа, то нужно, чтобы его оптическая система корректно согласовывалась с источником лазерного излучения по длинам волн, преломлению и сопутствующим аберрациям. Для полноценной реализации, скорее всего, потребуется новая оптика, — пояснил он.
Кроме того, эксперт обратил внимание, что различные материалы по-разному реагируют на лазерную подсветку, поэтому для надежной интерпретации данных необходимо накопление статистики с подтвержденными результатами. Также нужны исследования, чтобы при работе с кожей человека обеспечить безопасность пациентов. При этом для изучения структур, которые залегают на глубине, потребуется точная калибровка прибора и тщательный подбор параметров.
