Maailma esimene fiiberoptiline Uasonic kujutise sond tulevase nanoskaala haiguste diagnostika jaoks

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Maailma esimene kiudoptiline ultrahelikujutise sond tulevaseks nanomõõtmeliste haiguste diagnostikaks

Kontseptsioonikunst, mis näitab mikroskoopiliste objektide 3D-kaardistamist fononsondide süsteemi abil. Optiline kiud sisaldab oma otsas metallikihti ja projitseerib punase laservalguse proovi CREDIT Dr Salvatore La Cavera.

Abstraktne:
Nottinghami ülikooli teadlased on välja töötanud ultraheli kujutise süsteemi, mida saab kasutada juuksekarva õhukese optilise kiu otsas ja mida saab inimkehasse sisestada, et visualiseerida rakkude kõrvalekaldeid 3D-s.

Maailma esimene kiudoptiline ultrahelikujutise sond tulevaseks nanomõõtmeliste haiguste diagnostikaks

Nottingham, Ühendkuningriik | Postitatud 30. aprillil 2021

Uus tehnoloogia toodab mikroskoopilisi ja nanoskoopilise eraldusvõimega pilte, mis ühel päeval aitavad arstidel uurida raskesti ligipääsetavates kehaosades, näiteks seedetraktis, asustavaid rakke ja pakuvad tõhusamaid diagnoose haigustele, mis ulatuvad maovähist kuni bakteriaalse meningiidini.

Tehnoloogia kõrge jõudlus on praegu võimalik ainult tipptasemel uurimislaborites, kus on suured teaduslikud instrumendid – samas kui sellel kompaktsel süsteemil on potentsiaali viia see kliinilistesse tingimustesse, et parandada patsientide ravi.

Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) rahastatav innovatsioon vähendab ka vajadust tavapäraste fluorestseeruvate märgiste järele – kemikaalid, mida kasutatakse rakubioloogia uurimiseks mikroskoobi all –, mis võivad suurtes annustes olla inimrakkudele kahjulikud.

Tulemused on avaldatud ajakirjas Nature, Light: Science & Applications, avaldatud uues dokumendis pealkirjaga "Fononi kujutis 3D-s fiibersondiga".

Ettekande autor Salvatore La Cavera, EPSRC doktoripreemia stipendiaat Nottinghami ülikooli optika ja fotoonika uurimisrühmast, ütles ultraheli pildisüsteemi kohta: "Usume, et see suudab mõõta proovi jäikust, biosobivust ja Endoskoopiline potentsiaal, samal ajal kui nanoskaalale ligi pääseb, eristab seda. Need funktsioonid seavad tehnoloogia üles tulevaste mõõtmiste jaoks keha sees; minimaalselt invasiivse hoolduspunkti diagnostika lõppeesmärgi poole.

Praegu prototüübi staadiumis on mitteinvasiivne pilditööriist, mida teadlased kirjeldavad kui "fonoonsondi", mida saab sisestada standardsesse optilisse endoskoopi, mis on õhuke toru, mille otsas on võimas valgus ja kaamera. navigeeriti kehasse, et paljude teiste haiguste hulgas leida, analüüsida ja opereerida vähikahjustusi. Optiliste ja fonontehnoloogiate kombineerimine võib olla kasulik; kliinilise töövoo protsessi kiirendamine ja patsientide invasiivsete testimisprotseduuride arvu vähendamine.

3D-kaardistamise võimalused

Nii nagu arst võib läbi viia füüsilise läbivaatuse, et tunda nahaaluses koes ebanormaalset "jäikust", mis võib viidata kasvajatele, viib fonoonisond selle "3D-kaardistamise" kontseptsiooni raku tasemele.

Skaneerides ultrahelisondi kosmoses, suudab see reprodutseerida mikroskoopiliste struktuuride jäikuse ja ruumiliste tunnuste kolmemõõtmelist kaarti proovi (nt koe) pinnal ja selle all; see võimaldab pildistada väikseid objekte, nagu suuremahuline mikroskoop, ja kontrasti, et eristada objekte nagu ultrahelisond.

"Laborimikroskoopidega on kasutatud tehnikaid, mis võimaldavad mõõta, kas kasvajarakk on jäik, kuid need võimsad tööriistad on tülikad, liikumatud ja patsiendile suunatud kliiniliste tingimustega kohanematud. Endoskoopilise võimsusega nanoskaala ultrahelitehnoloogia on valmis seda hüpet tegema, ”lisab Salvatore La Cavera.

Kuidas see töötab?

Uus ultraheli kujutise süsteem kasutab kahte laserit, mis kiirgavad lühikesi energiaimpulsse, et stimuleerida ja tuvastada proovi vibratsiooni. Üks laserimpulssidest neelab metallikihi – nano-muunduri (mis muundab energiat ühest vormist teise) –, mis on valmistatud kiu otsas; protsess, mille tulemusena pumbatakse proovi sisse kõrgsageduslikud fononid (heliosakesed). Seejärel põrkab teine laserimpulss kokku helilainetega, seda protsessi nimetatakse Brillouini hajumiseks. Nende "kokkupõrgete" laserimpulsside tuvastamisega saab liikuva helilaine kuju uuesti luua ja visuaalselt kuvada.

Tuvastatud helilaine kodeerib teavet materjali jäikuse ja isegi selle geomeetria kohta. Nottinghami meeskond oli esimene, kes demonstreeris seda kahekordset võimekust impulsslaserite ja optiliste kiudude abil.

Pildindusseadme võimsust mõõdetakse tavaliselt väikseima objektiga, mida süsteem suudab näha, st eraldusvõimega. Kahes mõõtmes suudab fononsond sarnaselt mikroskoobiga "lahustada" objekte suurusjärgus 1 mikromeeter; kuid kolmandas dimensioonis (kõrguses) annab see mõõtmised nanomeetrite skaalal, mis on fiiberoptilise pildistamissüsteemi puhul enneolematu.

Tulevased rakendused

Töös näitavad teadlased, et tehnoloogia ühildub nii ühe optilise kiuga kui ka 10–20,000 1 pildikimbu (läbimõõt XNUMX mm) kiuduga, nagu seda kasutatakse tavapärastes endoskoopides.

Järelikult saab tavapäraselt saavutada parema ruumilise eraldusvõime ja laiad vaateväljad, kogudes jäikus- ja ruumiteavet proovi mitmest erinevast punktist, ilma et oleks vaja seadet liigutada – see toob käeulatusse uue klassi fononendoskoobid.

Lisaks kliinilisele tervishoiule võiksid sellised valdkonnad nagu täppistootmine ja metroloogia kasutada seda kõrge eraldusvõimega tööriista pinnakontrolliks ja materjalide iseloomustamiseks; olemasolevate teadusinstrumentide täiendav või asendusmõõtmine. Arenevad tehnoloogiad, nagu 3D-bioprintimine ja koetehnoloogia, võiksid kasutada fononsondi ka sisekontrollivahendina, integreerides selle otse prindinõela välisläbimõõduga.

Järgmisena töötab meeskond koostöös Nottinghami seedehaiguste keskuse ja Nottinghami ülikooli biofüüsika, pildistamise ja optikateaduste instituudiga välja mitmeid bioloogilisi raku- ja koepildirakendusi; eesmärgiga luua lähiaastatel elujõuline kliiniline tööriist.

# # #

####

Nottinghami ülikooli kohta
Nottinghami Ülikool on uhke pärandiga teadusmahukas ülikool, mis on pidevalt maailma 100 parima hulgas. Nottinghami ülikoolis õppimine on elumuutev kogemus ja oleme uhked oma õpilaste potentsiaali vabastamise üle. Meil on teedrajav vaim, mis väljendub meie asutaja Sir Jesse Booti visioonis, mis on näinud meid juhtpositsioonil ülikoolilinnakute rajamisel Hiinas ja Malaisias – osa ülemaailmselt ühendatud hariduse, teadusuuringute ja tööstuse kaasamise võrgustikust. Ülikooli tipptasemel rajatised ning kaasav ja invasport kajastub selle staatuses The Timesi ja Sunday Timesi hea ülikoolijuhi 2021. aasta spordiülikoolina. REF 2014 järgi oleme Ühendkuningriigis teadusuuringute võimsuse poolest kaheksandal kohal. Meil on kuus tipptasemel teadusuuringute majakat, mis aitavad muuta elusid ja muuta maailma; oleme ka suur tööandja ja tööstuspartner – nii kohalikul kui ka globaalsel tasandil. Koos Nottingham Trenti ülikooliga juhime algatust Universities for Nottingham – teedrajav koostöö, mis ühendab Nottinghami kahe maailmatasemel ülikooli tugevuse ja kodanikuülesanded ning teeb koostööd kohalike kogukondade ja partneritega, et aidata COVID-19 järgselt taastuda ja uueneda. pandeemia.

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Emma Lowry
44-011-584-67156

Lisateavet leiate Salvatore La Cavera III-st aadressil

@UoNPressOffice

Autoriõigus © Nottinghami Ülikool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: