Maailman ensimmäinen kuituoptinen Uasonic-kuvantamisanturi tulevaisuuden nanomittakaavan sairauksien diagnostiikkaan

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Etusivu > lehdistö > Maailman ensimmäinen kuituoptinen ultraäänikuvaussondi tulevaisuuden nanoluokan taudin diagnostiikkaa varten

Konseptitaidetta, joka näyttää mikroskooppisten kohteiden 3D-kartoituksen fononilotinjärjestelmällä. Optinen kuitu sisältää metallikerroksen kärjessään ja heijastaa punaista laservaloa näytteeseen CREDIT Dr Salvatore La Cavera

Tiivistelmä:
Nottinghamin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet ultraäänikuvantamisjärjestelmän, joka voidaan sijoittaa hiuksia ohuen optisen kuidun kärkeen ja joka voidaan laittaa ihmiskehoon visualisoimaan solujen poikkeavuudet 3D-muodossa.

Maailman ensimmäinen kuituoptinen ultraäänikuvaussondi tulevaa nanoluokan taudin diagnostiikkaa varten

Nottingham, Iso-Britannia | Lähetetty 30. huhtikuuta 2021

Uusi tekniikka tuottaa mikroskooppisia ja nanoskooppisia tarkkuuskuvia, jotka auttavat eräänä päivänä lääkäreitä tutkimaan vaikeasti saavutettavissa olevissa ruumiinosissa, kuten maha-suolikanavassa, eläviä soluja ja tarjoavat tehokkaampia diagnooseja sairauksille mahasyövästä bakteeri-aivokalvontulehdukseen.

Teknologian tarjoama korkea suorituskyky on tällä hetkellä mahdollista vain huippuluokan tutkimuslaboratorioissa, joissa on suuria, tieteellisiä instrumentteja - vaikka tällä kompaktilla järjestelmällä on potentiaalia saattaa se kliinisiin olosuhteisiin potilaan hoidon parantamiseksi.

Engineering and Physical Sciences Research Councilin (EPSRC) rahoittama innovaatio vähentää myös perinteisten fluoresoivien etikettien tarvetta - kemikaaleja, joita käytetään solubiologian tutkimiseen mikroskoopilla - jotka voivat olla haitallisia ihmissoluille suurina annoksina.

Tulokset on raportoitu uudessa artikkelissa nimeltä 'Phonon imaging in 3D with fiber probe', joka julkaistiin Nature-lehdessä Light: Science & Applications.

Kirjoittaja Salvatore La Cavera, EPSRC: n tohtorintutkija Nottinghamin yliopiston optiikan ja fotoniikan tutkimusryhmästä, sanoi ultraäänikuvajärjestelmästä: "Uskomme sen kyvyn mitata näytteen jäykkyyttä, sen biologista yhteensopivuutta ja sen endoskooppinen potentiaali, kaikki samalla kun käsittelet nanoskaalaa, erottavat sen. Nämä ominaisuudet asettavat tekniikan kehon tulevia mittauksia varten. kohti vähiten invasiivisen hoitopaikan diagnostiikan lopullista tavoitetta. "

Tällä hetkellä prototyyppivaiheessa oleva ei-invasiivinen kuvantamistyökalu, jonka tutkijat kuvailevat "phonon-koettimeksi", voidaan sijoittaa tavalliseen optiseen endoskooppiin, joka on ohut putki, jonka päässä on voimakas valo ja kamera, joka on navigoitu kehoon etsimään, analysoimaan ja käyttämään syöpävaurioita monien muiden sairauksien ohella. Optisen ja fononitekniikan yhdistäminen voisi olla edullista; kliinisen työnkulun nopeuttaminen ja potilaiden invasiivisten testimenettelyjen määrän vähentäminen.

3D-kartoitusominaisuudet

Aivan kuten lääkäri saattaa suorittaa fyysisen tutkimuksen tunnetakseen epänormaalia "jäykkyyttä" ihon alla olevassa kudoksessa, joka voi viitata kasvaimiin, phonon-koetin vie tämän "3D-kartoitus" -konseptin solutasolle.

Skannaamalla ultraäänikoettimen avaruudessa se voi tuottaa kolmiulotteisen kartan jäykkyydestä ja mikroskooppisten rakenteiden tilaominaisuuksista näytteen (esim. Kudoksen) pinnalla ja alapuolella; se tekee tämän voimalla kuvata pieniä esineitä kuten suurikokoinen mikroskooppi, ja kontrastilla erottamaan kohteet kuten ultraäänianturi.

"Tekniikat, joilla pystytään mittaamaan, onko kasvainsolu jäykkä, on toteutettu laboratoriomikroskoopeilla, mutta nämä tehokkaat työkalut ovat hankalia, liikkumattomia ja sopeutumattomia potilaan kliiniseen tilaan. Nanomittakaavan ultraäänitekniikka endoskooppisena kapasiteettina on valmis tekemään tämän harppauksen ”, Salvatore La Cavera lisää.

Kuinka se toimii

Uusi ultraäänikuvantamisjärjestelmä käyttää kahta laseria, jotka lähettävät lyhyitä energiapulsseja stimuloimaan ja havaitsemaan näytteen värähtelyjä. Yksi lasersäteistä absorboituu kuidun kärkeen valmistetulla metallikerroksella - nanoanturilla (joka muuntaa energiaa muodosta toiseen); prosessi, joka johtaa korkeataajuisten fononien (äänipartikkelien) pumppaamiseen näytteeseen. Sitten toinen laserpulssi törmää ääniaaltojen kanssa, prosessi, joka tunnetaan nimellä Brillouin sironta. Havaitsemalla nämä ”törmätyt” laserpulssit, liikkuvan ääniaallon muoto voidaan luoda uudelleen ja näyttää visuaalisesti.

Havaittu ääniaalto koodaa tietoa materiaalin jäykkyydestä ja jopa sen geometriasta. Nottingham-tiimi osoitti ensimmäisenä tämän kaksoiskyvyn pulssimaisia lasereita ja optisia kuituja käyttämällä.

Kuvantamislaitteen teho mitataan tyypillisesti pienimmällä objektilla, jonka järjestelmä voi nähdä, eli resoluutiolla. Kahdessa ulottuvuudessa phonon-koetin pystyy "ratkaisemaan" esineitä 1 mikrometrin luokkaa, mikroskoopin tapaan; mutta kolmannessa ulottuvuudessa (korkeus) se tarjoaa mittauksia nanometrien mittakaavassa, mikä on ennennäkemätöntä kuituoptiselle kuvantamisjärjestelmälle.

Tulevat sovellukset

Tutkimuksessa tutkijat osoittavat, että tekniikka on yhteensopiva sekä yhden optisen kuidun että 10-20,000 1 kuvankimpun (halkaisijaltaan XNUMX mm) kuidun kanssa, kuten perinteisissä endoskoopeissa käytetään.

Näin ollen ylivertainen spatiaalinen resoluutio ja leveät näkökentät voitaisiin rutiininomaisesti saavuttaa keräämällä jäykkyyttä ja paikkatietoa näytteen useista eri kohdista ilman, että tarvitsee laitetta liikuttaa - tuomalla uusi luokka fononendoskooppeja ulottuville.

Kliinisen terveydenhuollon lisäksi esimerkiksi tarkkuustuotanto ja metrologia voisivat käyttää tätä korkean resoluution työkalua pintatarkastuksiin ja materiaalien kuvaamiseen; olemassa olevien tieteellisten välineiden täydentävä tai korvaava mittaus. Kasvavat tekniikat, kuten 3D-biopainatus ja kudostekniikka, voivat myös käyttää phonon-koetinta sisäisenä tarkastustyökaluna integroimalla se suoraan painoneulan ulkohalkaisijaan.

Seuraavaksi työryhmä kehittää sarjan biologisia solu- ja kudoskuvantamissovelluksia yhteistyössä Nottinghamin ruuansulatuskanavan keskuksen ja Nottinghamin yliopiston biofysiikan, kuvantamisen ja optisen tieteen instituutin kanssa; tavoitteena luoda toimiva kliininen työkalu tulevina vuosina.

###

####

Tietoja Nottinghamin yliopistosta
Nottinghamin yliopisto on tutkimusintensiivinen yliopisto, jolla on ylpeä perintö, ja joka sijoittuu jatkuvasti maailman 100 parhaan joukkoon. Opiskelu Nottinghamin yliopistossa on elämää muuttava kokemus, ja olemme ylpeitä vapauttaessamme opiskelijoiden potentiaalia. Meillä on uraauurtava henki, joka ilmaistaan perustajamme Sir Jesse Bootin visiossa, joka on nähnyt meidät johtavan tietä kampusten perustamisessa Kiinaan ja Malesiaan - osa maailmanlaajuisesti yhdistettyä koulutus-, tutkimus- ja teollisuusyhteistyöverkostoa. Yliopiston huipputekniset palvelut sekä osallistava ja vammaisurheilutarjonta heijastuvat sen asemassa The Times- ja Sunday Times Good University Guide 2021 -yliopistoina. Olemme REF 2014: n mukaan Yhdistyneessä kuningaskunnassa kahdeksannella sijalla tutkimustehon suhteen. Meillä on kuusi tutkimuksen huippuosaamista, jotka auttavat muuttamaan elämää ja muuttamaan maailmaa. olemme myös merkittävä työnantaja ja teollisuuden kumppani - paikallisesti ja maailmanlaajuisesti. Nottingham Trent University -yliopiston ohella johdamme University for Nottingham -aloitetta, joka on uraauurtava yhteistyö, joka yhdistää Nottinghamin kahden maailmanluokan yliopiston yhdistetyt vahvuudet ja kansalaistehtävät ja työskentelee paikallisten yhteisöjen ja kumppaneiden kanssa auttaakseen COVID-19: n jälkeistä elpymistä ja uudistumista. pandeeminen.

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Emma Lowry
44-011-584-67156

Lisätietoja on saatavana Salvatore La Cavera III -sivustolta

@UonPressOffice

Tekijänoikeus © Nottinghamin yliopisto

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: