Нанофлюидика и нанопоры: новая технология для сверхранней диагностики болезней

Когда в организме зарождается болезнь, задолго до появления симптомов происходят незаметные изменения. Молекулы ДНК, РНК, пептидов или белков начинают менять свою форму или концентрацию. Обнаружение этих мельчайших молекулярных сдвигов на самой ранней стадии могло бы кардинально изменить диагностику рака, инфекций и других заболеваний.

Объединение нанопор и нанофлюидных устройств может совершить переворот в медицине и анализе данных. Автор: Университет Осаки.

Ученые давно стремятся «прочитать» эти изменения на уровне отдельных молекул. Нанопоры — отверстия размером в нанометр, которые детектируют единичные молекулы по изменению электрического тока, — приблизили эту мечту к реальности. Однако у технологии есть серьезные ограничения: молекулы проходят через пору слишком быстро для анализа, сигнал тонет в электрических шумах, белки прилипают к поверхности, а единичная пора не может обеспечить масштаб, необходимый для клинического применения.

Интеграция нанопор с нанофлюидными устройствами

Международная команда ученых из Университета Осаки (Япония) и Университета Фрибура (Швейцария) провела масштабный обзор и предложила стратегическое решение — интеграцию нанопор с чиповыми нанофлюидными устройствами. Результаты их работы опубликованы в журнале TrAC Trends in Analytical Chemistry.

Нанофлюидные устройства содержат сети наноразмерных каналов, которые позволяют точно контролировать движение, замедлять, разделять или направлять взаимодействие отдельных молекул. При объединении с нанопорами молекулы движутся достаточно медленно для точного считывания, уровень шума резко падает, а загрязнение поверхности значительно снижается. Кроме того, одновременное использование множества пор позволяет проводить высокопроизводительный анализ, а автоматизация делает измерения более стабильными. Эта интеграция превращает нанопоры в устройства с точностью, стабильностью и масштабируемостью, необходимыми для реальной диагностики.

Потенциальное влияние на медицину

По мнению исследователей, объединение нанопор и нанофлюидных систем с искусственным интеллектом, а также расширение их функций от анализа сигналов до управления экспериментом, интеграции данных и принятия решений, может изменить множество областей. Это и сверхраннее обнаружение рака и инфекций, и быстрый мониторинг биомаркеров болезней в крови прямо на месте, и экологический контроль за стойкими загрязнителями, такими как ПФАС.

Такие системы также могут стать основой для медицины следующего поколения, более быстрого и точного секвенирования ДНК и секвенирования белков на уровне одной молекулы.

«Интеграция нанопор с нанофлюидными устройствами может позволить нам одновременно достичь высокоскоростных, высокоточных и высокочувствительных измерений, что долгое время считалось крайне сложной задачей. Этот обзор — важный шаг в определении направления этой развивающейся области исследований», — заявил профессор Янь Сюй из Университета Осаки.

«Этот комбинированный подход может изменить диагностику и здравоохранение. Он может значительно приблизить нас к реальному практическому воплощению технологий работы с единичными молекулами», — добавил профессор Майкл Майер из Университета Фрибура.

Больше информации: Wachara Chanakul et al, Nanopore sensing: current progress and future challenges tackled by nanofluidic devices, TrAC Trends in Analytical Chemistry (2026). DOI: 10.1016/j.trac.2025.118541

Источник: Osaka Metropolitan University