Ο πρώτος ανιχνευτής Uasonic Imaging με οπτικές ίνες στον κόσμο για μελλοντική διάγνωση ασθενειών σε νανοκλίμακα

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Ο πρώτος στον κόσμο ανιχνευτής υπερήχων οπτικής ίνας για μελλοντικές διαγνωστικές ασθένειες νανοκλίμακας

Εννοιολογική τέχνη που δείχνει την τρισδιάστατη χαρτογράφηση μικροσκοπικών αντικειμένων από το σύστημα ανιχνευτών φωνονίων. Η οπτική ίνα περιέχει ένα μεταλλικό στρώμα στην άκρη της και εκπέμπει κόκκινο φως λέιζερ στο δείγμα CREDIT Dr Salvatore La Cavera

Περίληψη:
Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Nottingham έχουν αναπτύξει ένα σύστημα απεικόνισης υπερήχων, το οποίο μπορεί να αναπτυχθεί στην άκρη μιας οπτικής ίνας λεπτής τρίχας, και θα εισαχθεί στο ανθρώπινο σώμα για να απεικονίσει τις κυτταρικές ανωμαλίες σε 3D.

Ο πρώτος στον κόσμο ανιχνευτής υπερήχων οπτικής ίνας για μελλοντικά διαγνωστικά ασθενειών με νανοκλίμακα

Νότιγχαμ, Ηνωμένο Βασίλειο | Δημοσιεύτηκε στις 30 Απριλίου 2021

Η νέα τεχνολογία παράγει μικροσκοπικές και νανοσκοπικές εικόνες ανάλυσης που θα βοηθήσουν μια μέρα τους κλινικούς ιατρούς να εξετάσουν κύτταρα που κατοικούν σε δυσπρόσιτα μέρη του σώματος, όπως το γαστρεντερικό σωλήνα και να προσφέρουν πιο αποτελεσματικές διαγνώσεις για ασθένειες που κυμαίνονται από καρκίνο του στομάχου έως βακτηριακή μηνιγγίτιδα.

Το υψηλό επίπεδο απόδοσης που προσφέρει η τεχνολογία είναι προς το παρόν εφικτό μόνο σε υπερσύγχρονα ερευνητικά εργαστήρια με μεγάλα, επιστημονικά όργανα - ενώ αυτό το συμπαγές σύστημα έχει τη δυνατότητα να το φέρει σε κλινικές ρυθμίσεις για τη βελτίωση της φροντίδας των ασθενών.

Η καινοτομία που χρηματοδοτείται από το Συμβούλιο Έρευνας Μηχανικών και Φυσικών Επιστημών (EPSRC) μειώνει επίσης την ανάγκη για συμβατικές ετικέτες φθορισμού - χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για την εξέταση της βιολογίας των κυττάρων με μικροσκόπιο - οι οποίες μπορεί να είναι επιβλαβείς για τα ανθρώπινα κύτταρα σε μεγάλες δόσεις.

Τα ευρήματα αναφέρονται σε μια νέα εφημερίδα, με τίτλο «Phonon imaging in 3D with a fiber probe» που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, Light: Science & Applications.

Ο συγγραφέας χαρτιού, Salvatore La Cavera, μέλος του διδακτορικού βραβείου EPSRC από την ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Nottingham Optics and Photonics, δήλωσε για το σύστημα απεικόνισης υπερήχων: «Πιστεύουμε ότι είναι ικανή να μετρήσει την ακαμψία ενός δείγματος, τη βιοσυμβατότητά του και το Το ενδοσκοπικό δυναμικό, όλα αυτά κατά την πρόσβαση στη νανοκλίμακα, είναι αυτό που το ξεχωρίζει. Αυτές οι δυνατότητες ρυθμίζουν την τεχνολογία για μελλοντικές μετρήσεις μέσα στο σώμα. προς τον τελικό στόχο των ελάχιστα επεμβατικών διαγνωστικών σημείου φροντίδας. "

Επί του παρόντος, σε πρωτότυπο στάδιο, το μη επεμβατικό εργαλείο απεικόνισης, το οποίο περιγράφουν οι ερευνητές ως «ανιχνευτής φωνών», μπορεί να εισαχθεί σε ένα τυπικό οπτικό ενδοσκόπιο, το οποίο είναι ένας λεπτός σωλήνας με ισχυρό φως και κάμερα στο τέλος που είναι πλοήγησε στο σώμα για να βρει, να αναλύσει και να χειριστεί καρκινικές βλάβες, μεταξύ πολλών άλλων ασθενειών. Ο συνδυασμός οπτικών και φωνητικών τεχνολογιών θα μπορούσε να είναι επωφελής. επιτάχυνση της διαδικασίας κλινικής ροής εργασίας και μείωση του αριθμού των επεμβατικών διαδικασιών δοκιμής για τους ασθενείς.

Δυνατότητες χαρτογράφησης 3D

Ακριβώς όπως ένας γιατρός μπορεί να κάνει μια φυσική εξέταση για να αισθανθεί την ανώμαλη «δυσκαμψία» στον ιστό κάτω από το δέρμα που θα μπορούσε να υποδηλώνει όγκους, ο ανιχνευτής φωνών θα μεταφέρει αυτή την έννοια «τρισδιάστατης χαρτογράφησης» σε κυτταρικό επίπεδο.

Με τη σάρωση του υπερηχητικού ανιχνευτή στο διάστημα, μπορεί να αναπαραγάγει έναν τρισδιάστατο χάρτη δυσκαμψίας και χωρικών χαρακτηριστικών μικροσκοπικών δομών στην και κάτω από την επιφάνεια ενός δείγματος (π.χ. ιστός). Το κάνει αυτό με τη δύναμη να απεικονίζει μικρά αντικείμενα όπως ένα μικροσκόπιο μεγάλης κλίμακας και την αντίθεση να διαφοροποιεί αντικείμενα όπως ένας υπερηχητικός ανιχνευτής.

«Τεχνικές ικανές να μετρήσουν εάν ένα καρκινικό κύτταρο είναι άκαμπτο έχουν πραγματοποιηθεί με εργαστηριακά μικροσκόπια, αλλά αυτά τα ισχυρά εργαλεία είναι δυσκίνητα, ακίνητα και μη προσαρμόσιμα στις κλινικές ρυθμίσεις που αντιμετωπίζουν οι ασθενείς. Η τεχνολογία υπερήχων Nanoscale σε ενδοσκοπική ικανότητα είναι έτοιμη να κάνει αυτό το άλμα », προσθέτει ο Salvatore La Cavera.

Πώς λειτουργεί

Το νέο σύστημα απεικόνισης υπερήχων χρησιμοποιεί δύο λέιζερ που εκπέμπουν μικρούς παλμούς ενέργειας για να διεγείρουν και να ανιχνεύουν δονήσεις σε ένα δείγμα. Ένας από τους παλμούς λέιζερ απορροφάται από ένα στρώμα μετάλλου - έναν νανο-μορφοτροπέα (που λειτουργεί μετατρέποντας την ενέργεια από τη μία μορφή στην άλλη) - κατασκευασμένος στην άκρη της ίνας. μια διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα την αντλία φωνών υψηλής συχνότητας (σωματίδια ήχου) στο δείγμα. Στη συνέχεια, ένας δεύτερος παλμός λέιζερ συγκρούεται με τα ηχητικά κύματα, μια διαδικασία γνωστή ως Brillouin scattering. Ανιχνεύοντας αυτούς τους «συγκρουμένους» παλμούς λέιζερ, το σχήμα του ηχητικού κύματος που κινείται μπορεί να αναδημιουργηθεί και να εμφανιστεί οπτικά.

Το ανιχνευμένο ηχητικό κύμα κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με την ακαμψία ενός υλικού, ακόμη και τη γεωμετρία του. Η ομάδα του Nottingham ήταν η πρώτη που επέδειξε αυτή τη διπλή ικανότητα χρησιμοποιώντας παλμικά λέιζερ και οπτικές ίνες.

Η ισχύς μιας συσκευής απεικόνισης μετράται συνήθως από το μικρότερο αντικείμενο που μπορεί να δει το σύστημα, δηλαδή την ανάλυση. Σε δύο διαστάσεις ο ανιχνευτής φωνών μπορεί να «επιλύσει» αντικείμενα της τάξης του 1 μικρομέτρου, παρόμοιο με ένα μικροσκόπιο. αλλά στην τρίτη διάσταση (ύψος) παρέχει μετρήσεις στην κλίμακα των νανομέτρων, η οποία είναι άνευ προηγουμένου για ένα σύστημα απεικόνισης οπτικών ινών.

Μελλοντικές εφαρμογές

Στην εργασία, οι ερευνητές αποδεικνύουν ότι η τεχνολογία είναι συμβατή τόσο με μία μόνο οπτική ίνα όσο και με τις 10-20,000 ίνες μιας δέσμης απεικόνισης (διαμέτρου 1 mm), όπως χρησιμοποιούνται σε συμβατικά ενδοσκόπια.

Κατά συνέπεια, η ανώτερη χωρική ανάλυση και τα ευρεία οπτικά πεδία θα μπορούσαν να επιτευχθούν ρουτίνα συλλέγοντας ακαμψία και χωρικές πληροφορίες από πολλά διαφορετικά σημεία σε ένα δείγμα, χωρίς να χρειάζεται να μετακινήσετε τη συσκευή - φέρνοντας μια νέα κατηγορία ενδοσκοπίων φωνών.

Πέρα από την κλινική υγειονομική περίθαλψη, τομείς όπως η παραγωγή ακριβείας και η μετρολογία θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτό το εργαλείο υψηλής ανάλυσης για επιφανειακές επιθεωρήσεις και χαρακτηρισμό υλικών. συμπληρωματική μέτρηση ή αντικατάσταση υφιστάμενων επιστημονικών οργάνων. Οι αναπτυσσόμενες τεχνολογίες όπως η τρισδιάστατη βιο-εκτύπωση και η μηχανική ιστών θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν τον ανιχνευτή φωνών ως ένα εργαλείο επιθεώρησης ενσωματωμένο ενσωματώνοντάς τον απευθείας στην εξωτερική διάμετρο της βελόνας εκτύπωσης.

Στη συνέχεια, η ομάδα θα αναπτύξει μια σειρά εφαρμογών απεικόνισης βιολογικών κυττάρων και ιστών σε συνεργασία με το Nottingham Digestive Diseases Center και το Ινστιτούτο Βιοφυσικής, Απεικόνισης και Οπτικής Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Nottingham. με στόχο τη δημιουργία ενός βιώσιμου κλινικού εργαλείου τα επόμενα χρόνια.

###

####

Σχετικά με το Πανεπιστήμιο του Nottingham
Το Πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ είναι ένα πανεπιστήμιο έντασης έρευνας με περήφανη κληρονομιά, που κατατάσσεται σταθερά μεταξύ των κορυφαίων 100 στον κόσμο. Το να σπουδάσετε στο Πανεπιστήμιο του Νότινγχαμ είναι μια εμπειρία που αλλάζει τη ζωή και είμαστε υπερήφανοι που ξεκλειδώνουμε τις δυνατότητες των μαθητών μας. Έχουμε ένα πρωτοποριακό πνεύμα, το οποίο εκφράζεται στο όραμα του ιδρυτή μας Sir Jesse Boot, το οποίο μας έχει δει να ηγούμε τον δρόμο στην ίδρυση πανεπιστημιουπόλεων στην Κίνα και τη Μαλαισία - μέρος ενός παγκόσμιου συνδεδεμένου δικτύου εκπαίδευσης, έρευνας και βιομηχανικής δέσμευσης. Οι υπερσύγχρονες εγκαταστάσεις του πανεπιστημίου και η παροχή αθλητικών αθλητικών ατόμων με αναπηρία αντικατοπτρίζονται στην κατάστασή του ως The Times and Sunday Times Good University Guide 2021 Sports University of the Year. Κατατάσσουμε την όγδοη θέση στην ερευνητική δύναμη στο Ηνωμένο Βασίλειο σύμφωνα με το REF 2014. Έχουμε έξι δείκτες ερευνητικής αριστείας που βοηθούν στη μεταμόρφωση ζωών και στην αλλαγή του κόσμου. είμαστε επίσης σημαντικοί εργοδότες και συνεργάτες της βιομηχανίας - σε τοπικό και παγκόσμιο επίπεδο. Παράλληλα με το Πανεπιστήμιο Nottingham Trent, ηγείται της πρωτοβουλίας Universities for Nottingham, μια πρωτοποριακή συνεργασία που συνδυάζει τις συνδυασμένες δυνάμεις και τις πολιτικές αποστολές των δύο πανεπιστημίων παγκόσμιας κλάσης του Nottingham και συνεργάζεται με τοπικές κοινότητες και συνεργάτες για να βοηθήσει στην ανάκαμψη και την ανανέωση μετά το COVID-19 πανδημία.

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Έμμα Λόουρι
44-011-584-67156

Περισσότερες πληροφορίες διατίθενται από το Salvatore La Cavera III στις

@UoNPressOffice

Πνευματικά δικαιώματα © University of Nottingham

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: