Университет ИТМО. Святослав Гусев и Мария Боровкова.

Ученые из Университета ИТМО придумали, как облегчить жизнь диабетикам

Исследователи из Университета ИТМО Мария Боровкова и Святослав Гусев изучили зависимость оптических свойств крови в терагерцовом диапазоне частот от уровня концентрации глюкозы. Проделанная работа поможет в будущем сконструировать неинвазивный глюкометр: уровень сахара в крови больных сахарным диабетом можно будет определять без болезненного забора крови. Результаты своего исследования молодые ученые представили на международных конференциях European Conference on Biomedical Optics 2015 (Мюнхен, Германия) и IONS 2015 Karlsruhe (Карлсруэ, Германия).

Терагерцовое излучение обладает рядом специфических характеристик: оно легко проходит сквозь большинство диэлектриков, сильно поглощается проводящими материалами, и, в отличие от рентгеновского излучения, не несет разрушительного ионизирующего воздействия на организм. Благодаря этому терагерцовые технологии сегодня находят широкое применение, к примеру, в системах безопасности. Однако энергоэффективные источники и приемники ТГц-излучения появились только в конце XX века, поэтому его влияние на биологические ткани пока изучено не в полной мере. Исследованием этих аспектов, в частности, занимаются сотрудники Лаборатории терагерцовой биомедицины в Международном институте фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО.

Магистрантка кафедры фотоники и оптоинформатики одноименного факультета Мария Боровкова и инженер-исследователь лаборатории терагерцовой биомедицины Святослав Гусев попытались определить, существует ли зависимость между оптическими свойствами крови в терагерцовом диапазоне и уровнем содержащейся в ней глюкозы. На первом этапе они проводили опыты на пропускание ТГц-излучения тканью, пропитанной кровью; для обработки результатов использовался разработанный Гусевым программный комплекс Spectrina. В результате серии опытов исследователи пришли к выводу, что зависимость между оптическими характеристиками крови и уровнем сахара существует, а значит, терагерцовые технологии можно использовать для создания неинвазивного глюкометра.

«Мы планируем провести опыты на отражение: исследуем два сигнала, от опорного диэлектрика и нашего образца. Будет необходимо сравнивать разницу фаз, рассчитывать дисперсию оптических свойств в исследуемом диапазоне и использовать корреляционную линию для определения уровня глюкозы, – рассказывает Мария Боровкова. – Результаты помогут сделать анализ крови неинвазивным, мы сможем определять уровень глюкозы, освещая терагерцовым излучением кожу на пальце руки через ноготь».

Неинвазивный глюкометр на базе терагерцовых технологий избавит диабетиков от болезненных процедур. Кроме того, подобный подход значительно сократит расходы на анализы крови, так как сейчас больным сахарным диабетом и медикам требуется регулярно закупать значительное количество расходных материалов.

«Для полноценного контроля за содержанием глюкозы в крови диабетику требуется совершать порядка пяти измерений в день. За год это составляет 1800 проколов кожи, – объясняет Святослав Гусев. – Использование терагерцовых технологий позволит сделать процесс измерения глюкозы в крови безболезненным, не будет подвергать риску заражения при проколе пальца. Кроме того, будет возможно применять подобную методику для анализа крови младенцев и пожилых людей – у людей этих возрастных групп низкая скорость заживления кожи».

Результатами своей работы исследователи поделились с участниками двух международных мероприятий в Германии: European Conference on Biomedical Optics 2015, которая прошла в Мюнхене, и конференции IONS в Карлсруэ – первой в серии из семи конференций IONS 2015, проводимых оптическими студенческими сообществами разных стран.

«Тот IONS 2015, который мы посетили, был организован силами OSKar – оптической ячейки Карлсруэ. Глава ячейки Патрик Рат был у нас в Университете ИТМО на апрельском съезде, и он лично просил, чтобы участники от Университета ИТМО рассказали о нашей оптической ячейке, – комментирует Мария Боровкова. – На IONS было много интересных лекций, удалось свободно пообщаться с другими студентами и приглашенными экспертами. После моей презентации об Университете ИТМО и нашей оптической ячейке несколько ученых заинтересовались тем, чтобы приехать к нам на “Оптику-2015” в октябре».

«Конференция в Мюнхене позволила представить нашу работу крупным ученым, она вызвала большой интерес и массу вопросов. Также мы презентовали еще одну работу представителей нашей лаборатории, которые проводили исследование эпителизации роговицы кроликов совместно с МНТК им. Федорова “Микрохирургия глаза”, – вспоминает Святослав Гусев. – Хочется сказать большое спасибо нашему научному руководителю Михаилу Константиновичу Ходзицкому – за то, что посоветовал нам поехать на эти конференции, и за его вклад в развитие нашей оптической ячейки, кафедры и лаборатории».

Молодые ученые собираются продолжить работу над исследованием: они планируют доработать программный комплекс, чтобы получать более стабильный результат, а также собрать статистику в совместных исследованиях с медицинским центром им. Алмазова. В данный момент лабораторный спектрометр используется как макет, не вполне подходящий для использования в медицинских учреждениях, поэтому в планах – разработка более компактной системы, изменение конструкции для минимизации погрешностей, клинические исследования и сертификация терагерцового глюкометра.

Александр Пушкаш,
Редакция новостного портала Университета ИТМО

Архив по годам: