Вдохновленные зрительной системой бабочки Papilio xuthus, ученые разработали датчик изображения, способный «видеть» в УФ-диапазоне, недоступном для человеческого глаза. В конструкции датчика используются многослойные фотодиоды и нанокристаллы перовскита (PNC), способные отображать волны различной длины в УФ-диапазоне. Используя спектральные характеристики биомедицинских маркеров (аминокислоты), ученые смогут с помощью новой технологии визуализации различать раковые клетки и нормальные клетки с 99% точностью.
Бабочки помогли ученым диагностировать рак! Вот как это возможно
На нашей планете есть много существ с невероятно развитыми органами чувств. Черепахи могут чувствовать магнитное поле Земли. Креветки-богомолы способны улавливать поляризованный свет. Слоны слышат низкие частоты, недоступные людям. Бабочки, в свою очередь, могут воспринимать более широкий диапазон цветов, включая ультрафиолет.
Unsplash
Как бабочки помогают науке
«Мы черпали вдохновение из зрительной системы бабочек, которые способны воспринимать множество областей УФ-спектра, и разработали камеру, повторяющую эту функцию», — говорит Виктор Груев, профессор электротехники и компьютерной инженерии из Университета Иллинойса Урбан-Шампейн (UIUC ), США. «Мы сделали это, используя новые нанокристаллы перовскита (PNC) в сочетании с кремниевой технологией визуализации».
- Поскольку люди не могут видеть УФ-свет, собирать информацию об УФ-излучении сложно, особенно с учетом небольших различий между каждым регионом.
- Однако бабочки могут видеть эти небольшие изменения в УФ-спектре, как люди видят оттенки синего и зеленого. Груев отмечает: «Меня интригует, как они способны видеть эти небольшие вариации. УФ-свет невероятно сложно уловить, он просто поглощается всем».
Как обнаружить рак
- Чтобы воспроизвести механизм восприятия УФ-излучения бабочки Papilio xuthus, ученые UIUC сымитировали этот процесс, объединив тонкий слой PNC с многоуровневым массивом кремниевых фотодиодов.
- Поскольку раковые и здоровые клетки имеют разные концентрации маркеров и, следовательно, разные спектральные характеристики, эти два класса клеток можно дифференцировать по их флуоресценции в УФ-спектре.
Команда ученых из UIUC оценила свое устройство визуализации через его способность различать маркеры, связанные с раком. Обнаружено, что оно способно различать раковые и здоровые клетки с 99% точностью. Предполагается, что датчик можно будет использовать во время медицинских операций.
«Эта новая технология визуализации позволяет нам отличать раковые клетки от здоровых и открывает новые интересные применения, выходящие за рамки здравоохранения», — заключили ученые.