Ученые разработали систему, которая позволяет без забора крови долгое время отслеживать уровень натрия в организме. Это важно для диагностики обезвоживания, болезней почек, неврологических и эндокринных нарушений.

Результаты опубликованы в издании Optica.

Новый метод сочетает два подхода:

• Терагерцовую спектроскопию — использует безопасное излучение, которое хорошо проникает сквозь ткани и реагирует на изменения в биологических жидкостях.
• Оптоакустическое детектирование — превращает поглощенную энергию в ультразвук, который улавливает датчик.

Терагерцовая спектроскопия — метод, использующий электромагнитные волны между инфракрасным и микроволновым диапазонами. Они безопасны для тканей, но чувствительны к молекулярным изменениям, например, к колебаниям ионов в крови.

Раньше терагерцовые волны плохо различали вещества в сложных биологических средах и не могли «заглянуть» глубоко в ткани. Но добавление акустического компонента решило проблему.

Как это работает

1. Терагерцовый импульс попадает на кожу.
2. Ионы натрия в крови поглощают волны и начинают колебаться, создавая ультразвук.
3. Датчик улавливает эти колебания и преобразует их в данные.

Эксперименты показали, что система:

• Точно отслеживает изменения натрия у мышей больше 30 минут.
• Различает высокий и низкий уровень натрия в пробирках с человеческой кровью.
• Способна работать на руках добровольцев без охлаждения кожи.

Сейчас мы ищем участки на теле человека, где сигнал будет четким без дополнительного охлаждения, — говорит Чжэнь Тянь из Тяньцзиньского университета. — Если упростить метод, врачи смогут корректировать уровень натрия у пациентов в реальном времени, избегая осложнений.

Пока технология требует доработки, но в перспективе она сможет определять не только натрий, но и сахара, белки, ферменты — по их «отпечаткам» в терагерцовом диапазоне.

Польза исследования

• Быстрая диагностика — не нужно ждать результатов анализа крови.
• Контроль критических состояний — например, при резком падении или росте натрия, что опасно для мозга.
• Долгосрочный мониторинг — удобно для пациентов с хроническими болезнями почек или диабетом.
• Минимум дискомфорта — никаких игл и пробирок.

Метод пока требует охлаждения кожи для снижения фонового шума от воды. В клинике это неудобно — сложно представить пациента с охлаждаемым пластырем во рту или на другом участке тела. Авторы признают проблему, но если не найти альтернативу, технология останется лабораторной.

Ранее ученые разработали имплантируемые батареи, которые могут работать на кислороде организма.