Существующие методы ранней неинвазивной, малоинвазивной и интраоперационной (проводимой непосредственно во время операции) диагностики злокачественных новообразований недостаточно эффективны. Основываясь только на них, нельзя точно сказать, какой характер имеет то или иное новообразование, поэтому они используются лишь как вспомогательные. Это ставит перед учеными задачу разработки новых методов диагностики. Последние исследования показывают, что один из перспективных путей решения этой проблемы связан с применением методов микроскопии и визуализации тканей в терагерцовом диапазоне электромагнитного спектра, занимающем промежуточное положение между инфракрасными и микроволнами.
В то же время существующие методы терагерцовой спектроскопии и визуализации тканей обладают низким пространственным разрешением, снижающим точность диагностики и, соответственно, затрудняющим их внедрение в клиническую практику.
Авторы статьи разработали новый метод терагерцовой микроскопии биологических тканей. Он основан на эффекте твердотельной иммерсии: в случае фокусировки пучка излучения позади объекта с высоким показателем преломления (в данном случае кремниевой полусферы) можно значительно уменьшить размер кружка, образуемого электромагнитным пучком и определяющего пространственное разрешение микроскопа. Для обычных оптических микроскопов существует предел разрешения, равный половине длины волны электромагнитного излучения, фокусируемого объективом. При использовании иммерсии этот барьер удается преодолеть.
Фотография и терагерцовое изображение листа пуансеттии. Источник: Chernomyrdin N.V. et al. / Applied Physics Letters, 2018
«Столь высокое пространственное разрешение позволяет нам визуализировать структурные особенности тканей значительно меньшего размера, чем это было возможно при использовании обычных оптических микроскопов. Для демонстрации возможностей разработанного метода мы приводим в статье результаты визуализации различных биологических объектов, в том числе клеточных сфероидов, предназначенных для биопечати, и соединительных тканей молочной железы», – рассказал автор работы, кандидат технических наук, старший научный сотрудник МГТУ имени Н.Э. Баумана и заведующий лабораторией ИОФ РАН Кирилл Зайцев.
Наиболее перспективное применение нового метода терагерцовой микроскопии – онкодиагностика, но его возможности намного шире. Например, терагерцовая микроскопия может найти свои приложения в регенеративной медицине – науке, занимающейся восстановлением поврежденных тканей и органов.
