World's First Fiber-optic Uasonic Imaging Probe For Future Nanoscale Disease Diagnostics

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Probe pencitraan ultrasonik serat optik pertama di dunia untuk diagnosis penyakit skala nano di masa depan

Konsep seni menunjukkan pemetaan 3D objek mikroskopis oleh sistem penyelidikan fonon. Serat optik mengandung lapisan logam di ujungnya dan memproyeksikan sinar laser merah ke dalam spesimen KREDIT Dr Salvatore La Cavera

Abstrak:
Para ilmuwan di Universitas Nottingham telah mengembangkan sistem pencitraan ultrasonik, yang dapat digunakan di ujung serat optik setipis rambut, dan akan dimasukkan ke dalam tubuh manusia untuk memvisualisasikan kelainan sel dalam 3D.

Probe pencitraan ultrasonik serat optik pertama di dunia untuk diagnosis penyakit skala nano di masa depan

Nottingham, Inggris | Diposting pada 30 April 2021

Teknologi baru ini menghasilkan gambar resolusi mikroskopis dan nanoskopik yang suatu saat akan membantu dokter memeriksa sel-sel yang menghuni bagian tubuh yang sulit dijangkau, seperti saluran pencernaan, dan menawarkan diagnosis yang lebih efektif untuk penyakit mulai dari kanker lambung hingga meningitis bakterial.

Performa tingkat tinggi yang dihasilkan teknologi saat ini hanya mungkin dilakukan di laboratorium penelitian canggih dengan instrumen ilmiah yang besar - sedangkan sistem yang ringkas ini berpotensi membawanya ke pengaturan klinis untuk meningkatkan perawatan pasien.

Inovasi yang didanai Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) juga mengurangi kebutuhan akan label fluoresen konvensional - bahan kimia yang digunakan untuk memeriksa biologi sel di bawah mikroskop - yang dapat berbahaya bagi sel manusia dalam dosis besar.

Temuan ini dilaporkan dalam makalah baru, berjudul 'Pencitraan Phonon dalam 3D dengan probe serat' yang diterbitkan dalam jurnal Nature, Light: Science & Applications.

Penulis makalah, Salvatore La Cavera, Rekan Penghargaan Doktor EPSRC dari University of Nottingham Optics and Photonics Research Group, mengatakan tentang sistem pencitraan ultrasonik: “Kami percaya kemampuannya untuk mengukur kekakuan spesimen, bio-kompatibilitasnya, dan potensi endoskopi, semua saat mengakses skala nano, adalah yang membedakannya. Fitur-fitur ini mengatur teknologi untuk pengukuran masa depan di dalam tubuh; menuju tujuan akhir dari diagnosis tempat perawatan invasif minimal. "

Saat ini pada tahap prototipe, alat pencitraan non-invasif, yang dijelaskan oleh para peneliti sebagai "probe fonon", mampu dimasukkan ke dalam endoskopi optik standar, yang merupakan tabung tipis dengan cahaya yang kuat dan kamera di ujungnya. menavigasi ke dalam tubuh untuk menemukan, menganalisis, dan mengoperasi lesi kanker, di antara banyak penyakit lainnya. Menggabungkan teknologi optik dan fonon dapat menguntungkan; mempercepat proses alur kerja klinis dan mengurangi jumlah prosedur uji invasif untuk pasien.

Kemampuan pemetaan 3D

Sebagaimana seorang dokter mungkin melakukan pemeriksaan fisik untuk merasakan 'kekakuan' yang tidak normal pada jaringan di bawah kulit yang dapat mengindikasikan tumor, phonon probe akan membawa konsep 'pemetaan 3D' ini ke tingkat sel.

Dengan memindai probe ultrasonik di luar angkasa, alat ini dapat mereproduksi peta tiga dimensi dari kekakuan dan fitur spasial struktur mikroskopis pada, dan di bawah, permukaan spesimen (misalnya jaringan); ia melakukan ini dengan kekuatan untuk menggambarkan objek kecil seperti mikroskop skala besar, dan kontras untuk membedakan objek seperti probe ultrasonik.

“Teknik yang mampu mengukur apakah sel tumor kaku telah direalisasikan dengan mikroskop laboratorium, tetapi alat yang ampuh ini rumit, tidak bergerak, dan tidak dapat disesuaikan dengan pengaturan klinis yang dihadapi pasien. Teknologi ultrasonik berskala nano dalam kapasitas endoskopi siap untuk membuat lompatan itu, ”tambah Salvatore La Cavera.

Cara kerjanya

Sistem pencitraan ultrasonik baru menggunakan dua laser yang memancarkan gelombang pendek energi untuk merangsang dan mendeteksi getaran dalam spesimen. Salah satu pulsa laser diserap oleh lapisan logam - transduser nano (yang bekerja dengan mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lain) - dibuat di ujung serat; sebuah proses yang menghasilkan fonon frekuensi tinggi (partikel suara) dipompa ke dalam spesimen. Kemudian pulsa laser kedua bertabrakan dengan gelombang suara, sebuah proses yang dikenal sebagai hamburan Brillouin. Dengan mendeteksi pulsa laser "bertabrakan" ini, bentuk gelombang suara yang berjalan dapat dibuat ulang dan ditampilkan secara visual.

Gelombang suara yang terdeteksi mengkodekan informasi tentang kekakuan suatu material, dan bahkan geometrinya. Tim Nottingham adalah orang pertama yang mendemonstrasikan kemampuan ganda ini menggunakan laser berdenyut dan serat optik.

Kekuatan perangkat pencitraan biasanya diukur dengan objek terkecil yang dapat dilihat oleh sistem, yaitu resolusi. Dalam dua dimensi, phonon probe dapat “menyelesaikan” objek pada urutan 1 mikrometer, mirip dengan mikroskop; tetapi di dimensi ketiga (tinggi), ia memberikan pengukuran pada skala nanometer, yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk sistem pencitraan serat optik.

Aplikasi masa depan

Dalam makalah tersebut, para peneliti menunjukkan bahwa teknologi tersebut kompatibel dengan serat optik tunggal dan 10-20,000 serat bundel pencitraan (diameter 1mm), seperti yang digunakan dalam endoskopi konvensional.

Akibatnya, resolusi spasial yang superior dan bidang pandang yang luas dapat secara rutin dicapai dengan mengumpulkan kekakuan dan informasi spasial dari beberapa titik berbeda pada sampel, tanpa perlu memindahkan perangkat - membawa kelas baru endoskopi fonon dalam jangkauan.

Selain perawatan kesehatan klinis, bidang seperti manufaktur presisi dan metrologi dapat menggunakan alat resolusi tinggi ini untuk inspeksi permukaan dan karakterisasi material; pengukuran pelengkap atau pengganti untuk instrumen ilmiah yang ada. Teknologi yang berkembang pesat seperti pencetakan-bio 3D dan rekayasa jaringan juga dapat menggunakan probe fonon sebagai alat inspeksi inline dengan mengintegrasikannya langsung ke diameter luar jarum cetak.

Selanjutnya, tim akan mengembangkan serangkaian aplikasi pencitraan sel dan jaringan biologis bekerja sama dengan Pusat Penyakit Pencernaan Nottingham dan Institut Biofisika, Pencitraan dan Ilmu Optik di Universitas Nottingham; dengan tujuan untuk menciptakan alat klinis yang layak di tahun-tahun mendatang.

# # #

####

Tentang Universitas Nottingham
University of Nottingham adalah universitas penelitian intensif dengan warisan yang membanggakan, secara konsisten berada di peringkat 100 teratas dunia. Belajar di University of Nottingham adalah pengalaman yang mengubah hidup dan kami bangga membuka potensi siswa kami. Kami memiliki semangat perintis, yang diekspresikan dalam visi pendiri kami Sir Jesse Boot, yang telah melihat kami memimpin dalam mendirikan kampus di Cina dan Malaysia - bagian dari jaringan pendidikan, penelitian, dan keterlibatan industri yang terhubung secara global. Fasilitas universitas yang canggih dan penyediaan olahraga yang inklusif dan disabilitas tercermin dalam statusnya sebagai The Times dan Sunday Times Good University Guide 2021 Sports University of the Year. Kami berada di peringkat kedelapan untuk kekuatan penelitian di Inggris menurut REF 2014. Kami memiliki enam suar keunggulan penelitian yang membantu mengubah kehidupan dan mengubah dunia; kami juga merupakan pemberi kerja dan mitra industri utama - secara lokal dan global. Bersama Universitas Nottingham Trent, kami memimpin inisiatif Universitas untuk Nottingham, sebuah kolaborasi perintis yang menyatukan kekuatan gabungan dan misi sipil dari dua universitas kelas dunia Nottingham dan bekerja dengan komunitas dan mitra lokal untuk membantu pemulihan dan pembaruan setelah COVID-19 pandemi.

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Emma Lowry
+44 011 584

Informasi lebih lanjut tersedia dari Salvatore La Cavera III di

@UoNPress

Hak Cipta © University of Nottingham

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: