Rus Bilim İnsanlarından Hastalık Tespitinde Yeni Biyosensör Adımı

Rus bilim insanlarından hastalık tespiti için biyosensör

 ITMO’nun ışığı yüzlerce kat güçlendiren mikrorezonatörleri, kan örneklerinde hastalık belirteçlerini saptayacak çiplere temel olabilir.

Rus Bilim İnsanlarından Hastalık Tespitinde Yeni Biyosensör Adımı

Rusya’daki ITMO Üniversitesi araştırmacıları, kan örneklerinde bulunan hastalık biyobelirteçlerinin belirlenmesini kolaylaştırabilecek yeni bir optik mikrorezonatör geliştirdi. Yaklaşık 5 mikrometre çapındaki kürelerden oluşan sistem, belirli ışık sinyallerini yüzlerce kat güçlendirebiliyor.

Yeni teknoloji, özellikle çok düşük yoğunluktaki moleküllerin tespit edilmesini amaçlayan tıbbi sensör çalışmalarına önemli bir altyapı sunuyor. Araştırmacılar, geliştirilen yapıların gelecekte kanser, kalp-damar ve bulaşıcı hastalıklarla ilişkili biyobelirteçleri inceleyen taşınabilir analiz çiplerinde kullanılabileceğini değerlendiriyor.

Ancak çalışma henüz hastanelerde veya laboratuvarlarda kullanılabilecek klinik bir teşhis cihazı niteliği taşımıyor. Mevcut araştırma, daha çok güçlü ve seçilebilir optik sinyaller üretebilen bir sensör bileşeninin geliştirilmesine odaklanıyor.

Çalışmanın sonuçları, Rusya Bilim Vakfı tarafından desteklenen proje kapsamında Optics and Laser Technology dergisinde yayımlandı. Araştırmanın teknik ayrıntıları bilimsel makalenin DOI kaydında ve ITMO Üniversitesi’nin resmi açıklamasında paylaşıldı.

Mikroskobik küreler ışığı nasıl güçlendiriyor?

Araştırmacılar sistemin merkezinde yaklaşık 5 mikrometre çapında polistiren küreler kullandı. İnsan saçından yaklaşık 10 kat daha ince olan bu kürelerin yüzeyi, ışık yayabilen iki farklı malzeme grubuyla kaplandı.

Bunlardan ilkini gümüş, indiyum ve kükürt bileşenlerinden oluşan nanokristaller meydana getiriyor. İkinci grupta ise optik ve biyomedikal uygulamalarda kullanılan karbon noktaları bulunuyor.

Bu katmanların üzerine bir polimer tabakası ve altın nanoparçacıklar eklendi. Polimer, altın ile ışık yayan nanokristaller arasındaki doğrudan etkileşimi engelleyen bir yalıtım katmanı gibi görev yapıyor. Altın nanoparçacıklar ise mikrorezonatör tarafından yayılan ışığı güçlendiren optik bir anten işlevi görüyor.

Sisteme nispeten düşük güçlü bir lazer uygulandığında nanokristaller ve karbon noktaları farklı yönlere ışık yayıyor. Bu ışığın büyük bölümü dağınık bir arka plan sinyaline dönüşürken, daha küçük bir bölümü polistiren kürenin içinde tutuluyor.

Kürenin duvarları arasında defalarca yansıyan ışık, diğer nanokristallerden yayılan sinyalleri de bünyesine katarak yüzlerce kat daha parlak hale geliyor. Bu mekanizma, fizikte “fısıldayan galeri modu” olarak bilinen optik etkiye dayanıyor.

Altın nanoparçacıklar arka plan gürültüsünü azaltıyor

Biyosensörlerde yalnızca güçlü ışık elde edilmesi yeterli olmuyor. Hedef molekülden gelen sinyalin, ortamda oluşan düzensiz optik gürültüden ayrılması da gerekiyor.

Geliştirilen yapıda altın nanoparçacıklar, dağınık arka plan sinyalini baskılarken kürenin içinde tutulan ışığın daha parlak ve belirgin hale gelmesini sağlıyor. Böylece geniş ve bulanık bir spektrum yerine, belirli dalga boylarında keskin optik tepeler elde ediliyor.

Araştırma ekibi, istenmeyen sinyallerin bastırıldığını ve mikrorezonatör boşluğundan geçen ışığın parlaklığında belirgin artış sağlandığını deneysel olarak doğruladı. Ayrıca kaplama katmanlarının sırası ve yapısı değiştirilerek mikrorezonatörün yaydığı ışığın farklı kullanım alanlarına göre ayarlanabildiği belirtildi.

Hedef “çip üzerinde laboratuvar” sistemi

Araştırmacıların bir sonraki hedefi, mikrorezonatörleri “çip üzerinde laboratuvar” olarak adlandırılan taşınabilir analiz sistemlerine entegre etmek. Bu tür bir yapının, aynı örnek içindeki farklı biyobelirteçlerin paralel kanallarda incelenmesine imkan vermesi bekleniyor.

Kanser, kalp-damar ve bulaşıcı hastalıklar için geliştirilecek uygulamalarda her hedef moleküle uygun biyotanıma bileşenlerinin kullanılması gerekecek. Başka bir ifadeyle mikrorezonatör, tek başına hastalığın adını belirleyen bir cihaz değil; biyobelirteçlerden gelen optik sinyali güçlendirebilecek temel bir sensör platformu niteliğinde.

Çalışmanın devamında yapıların sıvı ortamlardaki dayanıklılığı, karmaşık ve çok bileşenli örneklere verdiği tepki, algılama sınırı ve farklı molekülleri birbirinden ayırma kabiliyeti araştırılacak. Klinik kullanıma geçilebilmesi için ayrıca hasta örnekleriyle doğrulama, duyarlılık ve özgüllük ölçümleri, üretim standardizasyonu ve düzenleyici onay süreçlerinin tamamlanması gerekecek.

Ne anlama geliyor?

Yeni mikrorezonatörler, kan örneklerindeki çok düşük yoğunluklu biyobelirteçlerin daha güçlü ve okunabilir optik sinyallere dönüştürülmesi bakımından dikkat çekici bir potansiyel taşıyor. Teknoloji başarıyla taşınabilir çiplere uyarlanabilirse, gelecekte daha küçük örneklerle çalışan ve birden fazla belirteci aynı anda inceleyebilen analiz sistemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.

Bununla birlikte araştırmanın mevcut aşaması erken laboratuvar geliştirmesi olarak değerlendirilmeli. Teknoloji umut verici olsa da bugün için doğrulanmış bir kanser testi, kalp hastalığı taraması veya enfeksiyon teşhis cihazı değildir.

Genel Yayın Yönetmeni

Turgay Simavi

Malatya Fırat haber portalında yerel ve ulusal gündemi, kamuoyunu ilgilendiren gelişmeleri objektif ilkeler doğrultusunda yayına hazırlamaktadır.