Метки радиочастотной идентификации (RFID-метки) включаются в работу при оформлении выдачи книг в библиотеке, работе на складе или использовании бортового устройства для бесконтактной оплаты при проезде через пункт взимания платы. Метки издают слабые сигналы, посылаемые прикрепленной к микросхеме антенной. Это оптимизированный способ обмена идентифицирующими и другими данными.

Большинству людей еще не доводилось видеть RFID-метку столь миниатюрных размеров: 22 микрона в ширину, примерно в 5 раз тоньше человеческого волоса. Такие метки могут поместиться внутри клетки человека – возможно, это радикальная перемена в сфере медицинских исследований и здравоохранения. Как подчеркивают ученые из Стэнфордского университета в Калифорнии, описавшие недавно созданные ими RFID-метки в журнале Physical Review Applied, им удалось не только доказать, что беспроводные RFID-метки работают, но и продемонстрировать, что клетки меланомы у мышей могут «проглотить» метку, не повредив ее.

Метки также помещаются в клетках меланомы человека, рака молочной железы, толстой и прямой кишки – равно как и в здоровые клетки соединительных тканей человека, говорит ведущий автор исследования Джасмин Сяолинь Ху. Большинство болезней зарождаются на уровне одной или нескольких клеток, но на сегодняшний день не существует технологии мониторинга нескольких клеток в живом организме человека, добавила она в недавнем интервью. Отслеживание и мониторинг отдельно взятых клеток могут дать возможность диагностирования болезней на ранних стадиях и терапии направленного действия – а это означает более благоприятный исход. Кроме того, мы получим возможность тщательного изучения поведения клетки без ее уничтожения или вмешательства в происходящие в ней процессы.

Один слой микроскопических меток сделан из титана толщиной 5 нанометров и золотой пленки толщиной 200 нанометров. Второй слой сделан из алюминиевого листа шириной 1000 нанометров, а между ними располагается изолирующий слой из диоксида гафния. На данный момент метки имеют форму восьмиугольника, однако, как сказала Ху популяризатору науки Шарлю Шуа, в идеале они должны быть круглыми; пока что восьмиугольник – наиболее точное приближение.

Миниатюрные метки снабжены двумя RFID-антеннами вместо одной для усиления сигнала и герметично «упакованы» в диоксид кремния, что делает безопасным их использование в медицинских целях. Они работают с частотой 60 ГГц, высокой амплитудой сигнала до −50 децибел и чувствительностью 0,2. На следующем этапе исследователи приведут их в движение в лаборатории, решая проблемы точности считывания сигнала и разграничения сигналов.

Участник стэнфордской группы ученых Х.-С. Филип Вун, профессор электротехнического проектирования, заметил, что без доступа к происходящему внутри клетки в режиме реального времени медикам будет не хватать информации о химических, электрических и других изменениях, являющихся неотъемлемой частью любого заболевания. Технология вышла на тот уровень, когда надежный мониторинг и доставка лекарственных веществ могут осуществляться на уровне отдельных органов, но не клеток.

«Прогресс в области нанопроизводства и беспроводной связи дал возможность доставлять миниатюрные элементы схемы в живые клетки», – сказал Вун во время обсуждения первых этапов своей работы. Успехи, достигнутые в предпринятом под его руководством исследовании, означают, что pH-датчик может отслеживать кислотность на уровне клетки, которая является главным индикатором общего состояния здоровья, а также результатов диагностики конкретных заболеваний; или же pH-датчик может фиксировать потребление глюкозы в реальном времени, уровень энергии в клетке, эффективность или доступ к «клеточному топливу».

Время покажет дальнейшие области применения RFID-меток, но для столь крохотных устройств это гигантский шаг вперед.