Цифровой журнал «Компьютерра» № 185

Лаборатория на чипе: мгновенный анализ крови и разделение клеток

Андрей Васильков

Опубликовано 07 августа 2013

В Массачусетском технологическом институте создали усовершенствованную версию чипа для сортировки форменных элементов крови. Новая модель не просто лучше отделяет лейкоциты и точнее подсчитывает их число, но и сохраняет белые кровяные клетки неповреждёнными. Это открывает широкие перспективы как для клинических экспресс-анализов, так и для медицинских исследований с чистыми клеточными фракциями.

С общего анализа крови начинается практически любая диагностика. По его результатам можно сузить число предполагаемых заболеваний со сходной симптоматикой и распознать многие патологические состояния. В современных медицинских лабораториях крупных городов подсчёт числа форменных элементов крови и определение её показателей максимально автоматизированы.

Однако такое диагностическое оборудование довольно дорого, и его не в силах приобрести клиники развивающихся стран, где распространённость и длительность течения заболеваний выше. Это приводит к несвоевременному оказанию медицинской помощи, увеличению числа хронически больных и способствует формированию стойких эпидемических очагов.

Частично решить проблему может исследовательская программа «лаборатория на чипе», о которой «Компьютерра» уже писала ранее. Одной из задач данной инициативы является разработка надёжных и доступных методов автоматизированной экспресс-диагностики.

Специалисты MIT долгое время работали над чипом, который смог бы не только сортировать и подсчитывать форменные элементы крови без громоздкого и дорогостоящего оборудования, но и выделять из образца клетки одного вида.

_{Чип для сортировки форменных элементов крови (изображение: MIT / Suman Bose and Rohit Karnik).}

Созданный чип выполняет всю работу буквально в один проход, довольствуясь микроскопическими количествами крови. Секрет его эффективности разработчики объясняют тем, что им удалось использовать технологии биомимикрии — подражания процессам в живых системах.

В норме определённое число лейкоцитов постоянно присутствует в крови человека. При возникновении воспаления они проникают в поражённую ткань, покидая кровеносное русло через поры сосудов. Направление перемещения задаётся присутствием сигнальных молекул — аттрактантов.

Чип использует схожий механизм фильтрации, имитируя в пористом материале микроканала эндотелиальные щели и маркерные вещества, активирующие хемотаксис. В частности, применяется белок P-селектин (CD62P), участвующий в слабой адгезии нейтрофильных лейкоцитов.

У прежней модели, созданной в 2012 году, P-селектин размещался на вытравленных в канале гребнях. Лейкоциты обратимо связывались с ними и увлекались в отдельные ответвления. Несмотря на высокую пропускную способность чипа, в нём происходили нежелательные эффекты перемешивания, что делало его непригодным для аналитической работы.

Спустя год два исследователя предложили новый дизайн чипа. Вместо травления микрогребней они взяли тончайшие золотые полоски. Их расположили по диагонали к потоку образца крови, разместив вдоль всей поверхности P-селектин.

На видео ниже показано, как за счёт слабой адгезии нейтрофильные лейкоциты двигаются вдоль золотых полосок, в то время как остальные форменные элементы крови перемещаются хаотично в общем потоке.

http://www.youtube.com/watch?v=TkeUK-K2HYs

Проанализировав результаты серии экспериментов, авторы исследования разработали математическую модель для расчёта оптимального расположения адгезивных полос. Последняя версия чипа позволяет захватить из образца крови более 99 процентов лейкоцитов. Это отличный результат, особенно если учесть, что встречаются они в тысячу раз реже, чем эритроциты.

После прохождения через канал чипа все лейкоциты плавно перетекают через искусственные поры строго определённого размера, оставаясь целыми и функциональными.

Дальнейшая работа ведётся в направлении интеграции созданных микрочипов в портативные диагностические приборы. С их помощью в регионах развивающихся стран планируется регулярно выполнять экспресс-анализы крови. На первом этапе будут определяться простейшие признаки воспалительных заболеваний, такие как повышение числа лейкоцитов и нарушение их связывания с P-селектином.

Последняя ситуация характерна для сепсиса, при котором, помимо инфекционного агента, в кровь попадает большое количество интерлейкинов и медиаторов воспаления. Данные изменения состава крови были сымитированы в лабораторных условиях. Во всех изменённых образцах наблюдалось резкое снижение процента захваченных чипом лейкоцитов. Таким образом, число оставшихся после прохождения чипа свободных лейкоцитов служит надёжным диагностическим признаком и позволяет оценить степень тяжести заболевания.

Для лабораторной диагностики с использованием созданного чипа достаточно в несколько раз меньшего количества крови пациента, чем требуется сегодня в любом другом методе. Речь идёт буквально о сотых долях миллилитра. Поэтому одним из плюсов «лаборатории-на-чипе» исследователи называют возможность её внедрения в педиатрическую практику, где требуются более высокая частота контроля и максимально атравматичные процедуры.

К оглавлению

Как смартфон с фотоаппаратом расправился, или Почему нездоровится Canon и Nikon

Евгений Золотов

Опубликовано 07 августа 2013

Если вас попросят перечислить устройства, павшие жертвами смартфона, сможете ли вы без запинки назвать их все? Аудио- и портативные видеоплееры, переносные игровые приставки и наладонные компьютеры, диктофоны, навигаторы… Кажется, всё? Ах да, и фотоаппараты, конечно: всё чаще вместо «мыльниц» в руках прохожих светится всё тот же смартфон. Но вот ведь незадача: смартфоны покушаются и на сегмент профессиональных и полупрофессиональных камер. Парадокс: ещё десять лет назад никто не сомневался, что будущее принадлежит цифровой фотографии — но когда оно наступило, выяснилось, что фотоаппаратам пора на покой!

Этот печальный вывод следует из массы разрозненных фактов, внезапно, в течение лета, собравшихся в цельную картинку. И прежде всего из неважного состояния компаний Canon и Nikon, номеров первого и второго в мировой фотографической табели о рангах. На днях обе урезали прогнозы по выручке и продажам. Урезали незначительно, недостаточно для паники, однако здесь важна причина, побудившая их на это пойти: более быстрое, чем ожидалось, усыхание фотографического рынка, причём по направлению как зеркальных камер со сменной оптикой, так и дешёвых фотоаппаратов.

_{В этом году только в США ожидается падение продаж портативных игровых консолей почти вдвое, навигаторов — на одну пятую, цифровых камер и камкордеров — на треть в долларовом исчислении. Планшеты и смартфоны вырастут на 20%.}

Аналитики, оценивая общее состояние рынка, говорят так: мировые продажи фотокамер находятся в низшей за последние десять лет точке. И поводов для оптимизма нет. Лучшим индикатором в подобных ситуациях служит биржа, а там акции и Canon, и Nikon ведут себя одинаково невесело: сделав пик в 2007 году (хелло, Apple!), они с тех пор движутся только вниз, потеряв примерно половину стоимости. Не удивляйтесь, если графики покажутся знакомыми: все мы знаем, чем болела Blackberry (бывшая Research In Motion) и как кончила.

Сегодня, шесть лет спустя после выпуска iPhone, фотографическое древо основательно изъедено смартфонным червём. Фотографов-профессионалов не так уж много, а среднестатистический консьюмер предпочитает устройства проще, дешевле, универсальней. Так что в этом году спад продаж фотокамер ожидается особенно сильный. По оценке японской Camera&Imaging Products Association, только с начала года они упали примерно на треть к тому же периоду в 2012-м. И, как ожидается, итоги всего года будут такими же, в минус треть. Глобальное соотношение продаж смартфонов и фотокамер составляет сейчас примерно 15 к 1, то есть в численном выражении за год всё ещё продаётся больше полусотни миллионов фотоаппаратов. Однако если для смартфонов кривая продаж забирает круто вверх (плюс тридцать — плюс пятьдесят процентов за год!), для фотокамер она почти так же агрессивно уходит вниз.

Сравнивать снимки, сделанные любой зеркалкой и даже лучшим из смартфонов, с точки зрения человека понимающего — занятие бессмысленное. Но у обывателя своё видение ситуации. Ему нет дела до физических размеров светочувствительной матрицы, до апертуры и прочей ерунды. Что отличает один фотоаппарат от другого для человека с улицы? Мегапиксели. И «камерофоны» тут сравнялись или уже одолели фотоаппараты: топовые смартфоны вроде Galaxy S4 легко дают больше десяти мегапикселей, а в экспериментах вроде нокиевского PureView счёт идёт на десятки. Эксперты, впрочем, считают, что даже количество пикселей уже отходит на второй план, уступая удобству пользования. Здесь у классического «фотика» просто нет шансов.

Дальнейшее предсказать нетрудно. Мелкие вендоры выйдут из игры или переместятся в ультрабюджетную нишу. (Кажется, одноразовых цифровых «мыльниц» ещё не было?) Крупных удержит на плаву имя, но им придётся задрать цену, компенсируя упавшие продажи. И всё это только ради выживания. Чтобы обеспечить рост, и тем и другим понадобится новый драйвер, свежая идея. И кое-какие намётки есть — начиная с грубого увеличения количества пикселей (Canon якобы готовит зеркалку с 75 Мп) и экспансии на смежные рынки (та же Canon и Sony подвизались в медицинской индустрии, где качественное фотооборудование ценится стабильно высоко) до развития принципиально новых фотографических концепций (см. «Настоящая цифровая фотография»). Но на данный момент всё это или слишком мелко, или чересчур ново, так что самым реалистичным решением кажется участие фотовендоров в смартфонном буме.

Понимаю, читатель, умеющий и любящий держать фотоаппарат (сам такой!), скривился, но… оглянитесь! Не только фотография, весь мир портативной электроники уже вращается вокруг смартфонов и планшетов. Да что электроника! После того как Hasbro и Mattel выдали квартальные результаты слабее ожидавшихся, деловая пресса на Западе заговорила и о влиянии смартфонов на индустрию игрушек. Как эти вещи вообще связаны? Очень просто: смартфоны меняют привычки детей, образ времяпрепровождения, смещая акцент с игрушек физических на игрушки программные. Точно так смартфоны и планшеты просачиваются во всё новые и новые ниши, реализуя функционал, раньше бывший хардварным, чисто программными средствами.

Так что особого выбора у фотопроизводителей нет — и они неизбежно выйдут на смартфонный рынок с собственными продуктами. Nikon давно об этом говорит («Мы хотим создать продукт, который изменит концепцию фотокамеры») и уже пробует: вспомните её андроидовский Coolpix S800c — больше наладонник, чем фотоаппарат. Canon направляется туда же со своим суперкомпактным вайфайным камкордером Vixia mini, а на 21 августа запланировала презентацию какого-то принципиально нового продукта.

Остаётся лишь пожелать им действовать оперативно. Та же Samsung, накачав смартфонные мускулы, не прочь подмять под себя и фотографический рынок: говорят, её Galaxy Camera расходится неплохо.

В статье использована иллюстрация Thomas Szynkiewich.

К оглавлению

Гид

Приложение KeyMe сохранит ключ от вашего дома в «облаке»

Михаил Карпов

Опубликовано 09 августа 2013

Мы уже потихоньку привыкаем, что наши пароли, номера наших кредитных карточек, скидочных купонов и удостоверений личности могут храниться в «облаке». Даже если ваше мобильное устройство или компьютер потеряется или сломается, их можно будет запросто восстановить. Но как же быть с обычными ключами от квартиры, гаража? Оказывается, как говорил Стив Джобс, есть приложение и для этого.

Оно называется KeyMe и является частью большой системы, в которую входят автоматические аппараты по изготовлению дубликатов ключей. Так что же нужно сделать, чтобы ваш ключ никогда не потерялся?

Достаточно просто сфотографировать его с помощью программы KeyMe. Она определит все его особенности, зубчики и впадинки. Затем (если, конечно, вы живёте в Нью-Йорке) вы подходите к автомату и заказываете ключ; стоит это $20, и вы тут же получаете готовое изделие.

Если же вам не повезло и до Нью-Йорка далеко, то за $9,99 вы сможете получить «отсканированный» чертёж ключа и отнести любому мастеру (последнему, конечно, тоже придётся заплатить). Сканирование и хранение чертежа бесплатно. Приложение доступно для iOS, но версия для Android тоже будет, хотя разработчики и говорят, что в скором времени её ждать не стоит.

К оглавлению