Nanorattles准确地识别头部和颈部癌症

杜克大学的研究人员已经开发出一种独特类型的纳米颗粒被称为“nanorattle”,极大地增强了光在其外壳发出。

装满染料光散射称为拉曼记者常用来检测疾病的生物标记物在有机样品,可以放大和检测信号的方法从不同类型的nanoprobes无需昂贵的机器或医学专业阅读结果。

在小概念验证研究,nanorattles准确识别头部和颈部癌症通过AI-enabled即时装置,可以彻底改变这些癌症和其他疾病是如何检测到资源缺乏地区改善全球健康。

“捕获的概念在这些所谓的拉曼记者nanorattles已经做过,但大部分平台难以控制室内维度,“老爷说Vo-Dinh, r·尤金和苏茜大肠古德森著名的杜克大学生物医学工程教授。

“我们的小组开发了一种新型的探测与精确可调的内部核心与外壳之间的差距,这使我们能够负载多种类型的拉曼记者和放大他们的被称为表面增强拉曼散射的光的发射,“Vo-Dinh说。

nanorattles,研究人员从一个纯金的球体约20纳米宽。后生长一层银在金核心大球体(或立方体),他们用腐蚀过程称为电置换出银,创建一个笼子形壳围绕的核心。结构然后浸泡在溶液中含有带正电荷的拉曼记者,卷入外笼的带负电荷的黄金核心。外部船体然后覆盖着一层极薄的黄金锁里面的拉曼记者。

结果是一个nanosphere(或nanocube)约60纳米宽的架构类似于不安黄金核心被困在一个大层金银壳。两者之间的差距只有几个纳米,这是足以适应拉曼记者。

那些紧公差控制至关重要的拉曼信号增强nanorattles产生。

激光照在nanorattles时,它穿过极薄的外壳和内拉曼记者,使他们发出自己的光。因为距离黄金核心的表面和外层黄金/白银壳牌在一起,激光也激发组织的电子在金属结构,称为等离子体。这些组织的电子创建一个非常强大的电磁场由于等离子体的相互作用的金属核壳结构,这一过程被称为电浆耦合,喇曼放大光发射的记者数百万次。

“一旦我们有nanorattles工作,我们想让若设备检测传染性疾病或癌症之前人甚至知道他们生病了,”Vo-Dinh说。”多么强大的信号增强nanorattles是,我们认为我们可以做一个简单的测试,能轻易读懂在现阶段任何人。”

在新的纸,Vo-Dinh和他的合作者nanorattle技术应用于lab-on-a-stick设备能够检测头部和颈部癌症,肩膀和大脑之间的任何地方出现,通常在口中,鼻子和喉咙。这些癌症的存活率有40 - 60%之间徘徊了几十年。而统计近年来提高在美国,他们已经变得更糟的是在资源匮乏的地区,那里的危险因素如吸烟、饮酒和槟榔咀嚼更普遍。

“在资源匮乏的地区,往往这些癌症晚期,导致较差的结果部分是由于有限的检查设备,缺乏训练有素的卫生保健工作者和基本上不存在的筛查项目,“李沃尔特说,头颈外科教授&通信科学和杜克大学放射肿瘤学和这项研究的合作者。

“有能力探测到这些癌症早期应该导致早期治疗和改善结果,在生存和生活质量,”李说。“这方法是令人兴奋的,因为它不依赖于病理学家检查和潜在的可以用在护理点。”

原型设备使用像维可牢的特定基因序列的生物标志物研究人员正在寻找——在这种情况下,一个特定的信使rna,过于丰富的头部和颈部癌症的人。当信使rna的存在,它就像一个拴绳束缚nanorattles磁珠。这些珠子是那么集中,在另一个磁铁,一切被冲洗掉。研究人员可以使用一个简单、廉价的手持设备寻找光线nanorattles看看任何生物标志物被发现。

在实验中,测试确定是否20个样本来自病人的头部和颈部癌症的准确率为100%。实验还表明,nanorattle平台能够处理多种类型的nanoprobes,由于机器学习算法,可以分开的独立的信号,这意味着他们可以针对多个生物标志物。这是集团的目标是当前项目由美国国立卫生研究院资助的。

“很多信使rna生物标志物过于丰富的多种类型的癌症,而其他生物标志物可用于评估病人的风险和未来的治疗效果,”Vo-Dinh说。“检测多个生物标志物可以帮助我们区分癌症,同时寻找其他预后标记物如人类乳头状瘤病毒(HPV),积极和消极的控制。信使rna检测结合小说nanorattle若将导致一种范式转移,实现诊断工具可以改变这些癌症和其他疾病是如何检测到资源缺乏地区”。

参考:李金桥,公爵PV,李W Sarkis M,签证官还是Dinh t . ser分析机器学习使用卷积神经网络医学诊断的生物标志物。J喇曼Spectrosc。2022:jrs.6447。doi:10.1002 / jrs.6447

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