Разработан газоанализатор, удовлетворяющий требованиям медиков

24.06.2010



В Физическом институте им. П.Н. Лебедева совместно с компанией "Лазерные системы" разработан макет прибора для измерения содержания изотопов углерода 12C и 13C в углекислом газе. Определенное соотношение этих изотопов в организме является своего рода "детектором" присутствия бактерий Helicobacter pylori, вызывающих различного рода заболевания желудочно-кишечного тракта.

Углерод встречается в природе, как в свободном, так и в связанном состоянии, в весьма различных формах и видах. Он входит в состав органических веществ, находится в виде углекислого газа в воде и воздухе, а в виде солей углекислоты и органических остатков - в почве и массе земной коры. Шестой по счету элемент таблицы Менделеева имеет два стабильных изотопа - 12C и 13C (изотопы - вещества, идентичные по химическим свойствам, но различные по массе атомов и некоторым физическим свойствам), и определение соотношений их концентраций используется в различных областях науки. Одной из таких областей является геохимия - когда глубинные газы начинают испаряться, то соотношение концентраций этих изотопов изменяется. Другая область применения - медицина. Здесь по соотношению концентраций стабильных изотопов углерода в организме человека можно выявить ряд заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Приборов, измеряющих соотношение концентраций изотопов 12C и 13C в углекислом газе, в мире создано немало. Однако газоанализатора, удовлетворяющего всем требованиям медиков, в арсенале медицины до сих пор нет. В Физическом институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН) решением этой проблемы занялись в Отделе оптики низкотемпературной плазмы.
"У нас уже сделана лабораторная установка, теперь мы совместно с НПП "Лазерные системы" хотим превратить ее в коммерческий прибор и надеемся сделать это уже в течение года. Установка измеряет спектр поглощения углекислого газа и по этим данным определяет соотношение в нем изотопов углерода 12C и 13C", - рассказал один из разработчиков макета установки, кандидат физ.-мат. наук Сергей Цхай.

По измерению этого соотношения можно выявить заболевания, связанные с бактериями Helicobacter pylori, инфицирующими различные области желудка и двенадцатиперстной кишки. Многие случаи язв, гастритов, дуоденитов, некоторые случаи лимфом и рака желудка связаны с инфицированием Helicobacter pylori. В современной медицине есть препараты для приема внутрь, которые спустя определенное время способны "рассказать" о соотношении концентраций стабильных изотопов углерода. Способом их "речи" является дыхательный тест. Такой метод, исключающий гастроскопию, достаточно хорошо известен, но препараты довольно дороги, а сам метод измерения, к сожалению, не обеспечивает достаточной точности.
"Точность, в принципе, обеспечивают масс-спектрометры, - продолжает ученый, - но для исследования необходимо предварительно хромотографически отделить углекислый газ и только затем использовать масс-спектрометр. Это достаточно дорогостоящее комплексное оборудование, работающее в стационарных условиях и обслуживаемое высококвалифицированным персоналом. Поэтому одной из альтернатив являются методы поглощения, в частности, лазерная спектроскопия, именно ей мы и занимаемся".
Над созданием подобного прибора работают в Институте общей физики РАН, их установка способна обеспечить точность измерений менее 0,05%, но оборудование, которое при этом используется, требует охлаждения жидким азотом. Ученые из Швейцарии описывают лабораторные установки с использованием квантовых каскадных лазеров, обеспечивающие точность на уровне 0,003%, но такие лазеры из-за высокой стоимости малодоступны коммерчески.
"Преимущество нашей установки заключается в том, что не нужно применять ни дорогостоящие лазеры, ни приемники, охлаждаемые жидким азотом. И при этом установка обеспечивает достаточную точность - сейчас это 0,007%. Кроме того, все, кто занимается методами поглощения (диодной спектроскопией), делают это при пониженном давлении, т.е. сначала откачивают давление, а затем измеряют. Мы реализовали методику, которая позволяет нам проводить измерения при атмосферном давлении. В течение последнего года мы работали над автоматизацией установки, то есть над тем, чтобы она стабильно работала без вмешательства специалистов и обслуживающего персонала, и теперь можно заняться созданием прибора", - заканчивает Сергей Цхай.

Уже в ближайшее время ФИАНовцы планируют создать опытный образец прибора для измерения соотношения изотопов углерода 12C и 13C в углекислом газе. Главными козырями прибора станут достаточная точность, доступность и практичность в использовании. Однако помимо медицинского назначения такая установка будет полезна и в научных исследованиях.
По материалам АНИ " ФИАН-информ "

©РАН 2019