Jak fotonika pomaga w diagnostyce raka?

Specjaliści z Belgii i Polski pracują nad platformą, która pozwoli wykryć raka w bardzo wczesnym stadium. Wykorzystują do tego wyjątkowe właściwości światła i nanomateriały węglowe. W projekt zaangażowani są naukowcy z Wydziału Fizyki PW.

Światłowody kojarzą się przede wszystkim z zastosowaniami w telekomunikacji, ale w ostatnich latach stają się coraz bardziej popularne także w naukach przyrodniczych. Przy odpowiedniej konfiguracji używa się ich jako bardzo czułych czujników do wykrywania nawet niewielkich ilości komórek biologicznych lub jako elastycznych źródeł światła umożliwiających badanie tkanek. Pozwala to m.in. na wczesne diagnozowanie chorób.

Okazuje się, że nowe materiały oparte na węglu (takie jak grafen i nanorurki węglowe) oddziałują ze światłem w tak niezwykły sposób, że pozwalają uzyskać jeszcze lepsze czujniki i źródła światła.

W projekcie CHARMING postanowiono połączyć te wyjątkowe właściwości światłowodów i nanomateriałów węglowych. Międzynarodowy i interdyscyplinarny zespół tworzy platformę, z nową klasą czujników i systemów, które można zastosować do wykrywania i obrazowania biomedycznego.  W szczególności dotyczy to rozpoznawania komórek rakowych z niespotykaną dotąd czułością.

W pracach biorą udział specjaliści z czterech belgijskich uczelni (Vrije Universiteit Brussel, Universiteit Antwerpen, Université Libre de Bruxelles i Université de Mons) i dwóch polskich instytucji: Politechniki Warszawskiej i Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki.

W projekt zaangażowany jest pięcioosobowy zespół z Wydziału Fizyki PW: dr Iwona Pasternak (PI), dr hab. inż. Włodzimierz Strupiński (co-PI), mgr inż. Jakub Sitek, dr Anna Łapińska oraz mgr inż. Karolina Czerniak-Łosiewicz. Nasi naukowcy odpowiadają za wykorzystanie nanowęgli.

– Zajmujemy się wytwarzaniem i charakteryzacją materiałów dwuwymiarowych, w szczególności grafenu oraz siarczku molibdenu (MoS2) na światłowodach i chipach fotonicznych – mówi dr Iwona Pasternak.

Badacze z PW od lat pracują z tymi materiałami.

– Grafen składa się z podobnej do arkusza pojedynczej warstwy atomów węgla, podczas gdy nanorurki to puste rurki w nanoskali, zwinięte z tego samego arkusza węgla – zwraca uwagę dr Pasternak. – Te wyjątkowe materiały oddziałują ze światłem, wzmacniając pole elektryczne oraz pochłanianie niewielkiej ilości wchodzącego światła (2.3%). To pozwala uzyskać bardziej czułe czujniki.

Przy diagnozowaniu raka, gdy tak dużą rolę odgrywa moment wykrycia choroby, to często kluczowa kwestia.

Więcej informacji o projekcie na stronie b-phot.org