Première sonde d'imagerie uasonique à fibre optique au monde pour les futurs diagnostics de maladies à l'échelle nanométrique

Republié par Platon

Suiveurs: 0

Accueil > Presse > La première sonde d'imagerie ultrasonore à fibre optique au monde pour les futurs diagnostics de maladies à l'échelle nanométrique

Art conceptuel montrant la cartographie 3D d'objets microscopiques par le système de sonde phonon. La fibre optique contient une couche métallique sur son extrémité et projette une lumière laser rouge dans l'échantillon CRÉDIT Dr Salvatore La Cavera

Résumé:
Des scientifiques de l'Université de Nottingham ont mis au point un système d'imagerie par ultrasons, qui peut être déployé à l'extrémité d'une fibre optique très fine, et qui pourra être inséré dans le corps humain pour visualiser les anomalies cellulaires en 3D.

La première sonde d'imagerie ultrasonique à fibre optique au monde pour le diagnostic des maladies à l'échelle nanométrique du futur

Nottingham, Royaume-Uni | Publié le 30 avril 2021

La nouvelle technologie produit des images de résolution microscopique et nanoscopique qui aideront un jour les cliniciens à examiner les cellules habitant des parties du corps difficiles à atteindre, telles que le tractus gastro-intestinal, et offriront des diagnostics plus efficaces pour des maladies allant du cancer gastrique à la méningite bactérienne.

Le haut niveau de performance fourni par la technologie n'est actuellement possible que dans des laboratoires de recherche de pointe dotés de grands instruments scientifiques, alors que ce système compact a le potentiel de l'intégrer dans des environnements cliniques pour améliorer les soins aux patients.

L'innovation financée par l'EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council) réduit également le besoin d'étiquettes fluorescentes conventionnelles - des produits chimiques utilisés pour examiner la biologie cellulaire au microscope - qui peuvent être nocifs pour les cellules humaines à fortes doses.

Les résultats sont rapportés dans un nouvel article, intitulé « Imagerie Phonon en 3D avec une sonde à fibre », publié dans la revue Nature, Light : Science & Applications.

L'auteur de l'article, Salvatore La Cavera, boursier du prix de doctorat EPSRC du groupe de recherche en optique et photonique de l'Université de Nottingham, a déclaré à propos du système d'imagerie par ultrasons : « Nous pensons que sa capacité à mesurer la rigidité d'un spécimen, sa biocompatibilité et sa endoscopique-potentiel, tout en accédant à l'échelle nanométrique, sont ce qui le distingue. Ces caractéristiques préparent la technologie pour les futures mesures à l'intérieur du corps; vers l'objectif ultime de diagnostics peu invasifs au point de service.

Actuellement au stade de prototype, l'outil d'imagerie non invasif, décrit par les chercheurs comme une «sonde phonon», est capable d'être inséré dans un endoscope optique standard, qui est un tube mince avec une lumière puissante et une caméra à l'extrémité qui est navigué dans le corps pour trouver, analyser et opérer des lésions cancéreuses, parmi de nombreuses autres maladies. Combiner les technologies optique et phonon pourrait être avantageux ; accélérant le processus de flux de travail clinique et réduisant le nombre de procédures de test invasives pour les patients.

Capacités de cartographie 3D

Tout comme un médecin pourrait effectuer un examen physique pour détecter une « raideur » anormale dans les tissus sous la peau qui pourrait indiquer des tumeurs, la sonde à phonons amènera ce concept de « cartographie 3D » à un niveau cellulaire.

En balayant la sonde ultrasonique dans l'espace, elle peut reproduire une carte tridimensionnelle de la rigidité et des caractéristiques spatiales des structures microscopiques au niveau et au-dessous de la surface d'un spécimen (par exemple un tissu) ; il le fait avec le pouvoir d'imager de petits objets comme un microscope à grande échelle, et le contraste pour différencier les objets comme une sonde à ultrasons.

« Des techniques capables de mesurer si une cellule tumorale est rigide ont été réalisées avec des microscopes de laboratoire, mais ces outils puissants sont encombrants, immobiles et inadaptés aux environnements cliniques en contact avec le patient. La technologie ultrasonique à l'échelle nanométrique dans une capacité endoscopique est sur le point de faire ce saut », ajoute Salvatore La Cavera.

Comment ça marche

Le nouveau système d'imagerie par ultrasons utilise deux lasers qui émettent de courtes impulsions d'énergie pour stimuler et détecter les vibrations dans un échantillon. L'une des impulsions laser est absorbée par une couche de métal – un nano-transducteur (qui fonctionne en convertissant l'énergie d'une forme à une autre) – fabriquée à l'extrémité de la fibre ; un processus qui entraîne le pompage de phonons à haute fréquence (particules sonores) dans l'échantillon. Ensuite, une seconde impulsion laser entre en collision avec les ondes sonores, un processus connu sous le nom de diffusion Brillouin. En détectant ces impulsions laser "en collision", la forme de l'onde sonore en mouvement peut être recréée et affichée visuellement.

L'onde sonore détectée encode des informations sur la rigidité d'un matériau, voire sa géométrie. L'équipe de Nottingham a été la première à démontrer cette double capacité en utilisant des lasers pulsés et des fibres optiques.

La puissance d'un dispositif d'imagerie est typiquement mesurée par le plus petit objet qui peut être vu par le système, c'est-à-dire la résolution. En deux dimensions, la sonde à phonons peut « résoudre » des objets de l'ordre de 1 micromètre, à la manière d'un microscope ; mais dans la troisième dimension (hauteur) il fournit des mesures à l'échelle du nanomètre, ce qui est inédit pour un système d'imagerie à fibre optique.

Futures applications

Dans l'article, les chercheurs démontrent que la technologie est compatible à la fois avec une seule fibre optique et les 10 à 20,000 1 fibres d'un faisceau d'imagerie (XNUMX mm de diamètre), tel qu'utilisé dans les endoscopes conventionnels.

Par conséquent, une résolution spatiale supérieure et de larges champs de vision pourraient être obtenus de manière routinière en collectant des informations sur la rigidité et l'espace à partir de plusieurs points différents sur un échantillon, sans avoir à déplacer l'appareil, ce qui met à portée de main une nouvelle classe d'endoscopes à phonons.

Au-delà des soins de santé cliniques, des domaines tels que la fabrication de précision et la métrologie pourraient utiliser cet outil à haute résolution pour les inspections de surface et la caractérisation des matériaux ; une mesure complémentaire ou de remplacement des instruments scientifiques existants. Les technologies en plein essor telles que la bio-impression 3D et l'ingénierie tissulaire pourraient également utiliser la sonde phonon comme outil d'inspection en ligne en l'intégrant directement au diamètre extérieur de l'aiguille d'impression.

Ensuite, l'équipe développera une série d'applications d'imagerie cellulaire et tissulaire biologique en collaboration avec le Nottingham Digestive Diseases Center et l'Institut de biophysique, d'imagerie et de sciences optiques de l'Université de Nottingham ; dans le but de créer un outil clinique viable dans les années à venir.

###

####

À propos de l'Université de Nottingham
L'Université de Nottingham est une université à forte intensité de recherche avec un fier héritage, régulièrement classée parmi les 100 meilleures au monde. Étudier à l'Université de Nottingham est une expérience qui change la vie et nous sommes fiers de libérer le potentiel de nos étudiants. Nous avons un esprit pionnier, exprimé dans la vision de notre fondateur Sir Jesse Boot, qui nous a vu montrer la voie en établissant des campus en Chine et en Malaisie - faisant partie d'un réseau mondial connecté d'éducation, de recherche et d'engagement industriel. Les installations ultramodernes de l'Université et l'offre de sports inclusifs et pour personnes handicapées se reflètent dans son statut de The Times et Sunday Times Good University Guide 2021 Sports University of the Year. Nous sommes classés au huitième rang pour la puissance de la recherche au Royaume-Uni selon REF 2014. Nous avons six phares d'excellence en recherche qui aident à transformer des vies et à changer le monde ; nous sommes également un employeur majeur et un partenaire industriel – local et mondial. Aux côtés de l'Université de Nottingham Trent, nous dirigeons l'initiative Universities for Nottingham, une collaboration pionnière qui rassemble la force combinée et les missions civiques des deux universités de classe mondiale de Nottingham et travaille avec les communautés locales et les partenaires pour aider à la reprise et au renouveau après le COVID-19 pandémie.

Pour plus d'informations, veuillez cliquez ici

Contacts :
Emma Lowry
44-011-584-67156

Plus d'informations sont disponibles auprès de Salvatore La Cavera III sur

@UoNPressOffice

Droits d'auteur © Université de Nottingham

Si vous avez un commentaire, veuillez Contact .

Les émetteurs de communiqués de presse, et non 7th Wave, Inc. ou Nanotechnology Now, sont seuls responsables de l'exactitude du contenu.

Signet: