בדיקה סיב אופטית Uasonic הראשונה בעולם לאבחון מחלות ננומטריות עתידיות

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > בדיקת הדמיה אולטרסאונד סיבים אופטיים הראשונה בעולם לאבחון מחלות ננומטריות עתידיות

אמנות קונספט המציגה מיפוי תלת מימדי של אובייקטים מיקרוסקופיים על ידי מערכת הגשושית הפונון. הסיב האופטי מכיל שכבת מתכת בקצהו ומקרין אור לייזר אדום לתוך הדגימה CREDIT Dr Salvatore La Cavera

תקציר:
מדענים מאוניברסיטת נוטינגהאם פיתחו מערכת הדמיה על-קולית, הניתנת לפריסה על קצהו של סיב אופטי דק-שערה, ותוכל להחדיר לגוף האדם כדי לדמיין חריגות בתאים בתלת-ממד.

החללית הראשונה להדמיית קולי סיב אופטי בעולם לאבחון עתידי של מחלות ננו

נוטינגהאם, בריטניה | פורסם ב-30 באפריל, 2021

הטכנולוגיה החדשה מייצרת תמונות ברזולוציה מיקרוסקופית וננוסקופית שיעזרו יום אחד לרופאים לבחון תאים המאכלסים חלקים שקשה להגיע אליהם בגוף, כמו מערכת העיכול, ולהציע אבחונים יעילים יותר למחלות החל מסרטן קיבה ועד דלקת קרום המוח חיידקית.

רמת הביצועים הגבוהה שהטכנולוגיה מספקת אפשרית כיום רק במעבדות מחקר מתקדמות עם מכשירים מדעיים גדולים - בעוד שלמערכת הקומפקטית הזו יש פוטנציאל להביא אותה למסגרות קליניות כדי לשפר את הטיפול בחולים.

חדשנות במימון המועצה למדעי ההנדסה והפיזיקה (EPSRC) מפחיתה גם את הצורך בתוויות פלואורסצנטיות קונבנציונליות - כימיקלים המשמשים לבדיקת ביולוגיה של התא במיקרוסקופ - שעלולים להזיק לתאים אנושיים במינונים גדולים.

הממצאים מדווחים במאמר חדש, שכותרתו 'הדמיית פונון בתלת מימד עם בדיקת סיבים' שפורסם בכתב העת Nature, Light: Science & Applications.

מחבר המאמר, Salvatore La Cavera, עמית בפרס EPSRC מאוניברסיטת נוטינגהאם למחקר אופטיקה ופוטוניקה, אמר על מערכת ההדמיה האולטרה-קולית: "אנו מאמינים ביכולתה למדוד את הקשיחות של דגימה, את התאימות הביולוגית שלה ואת התאימות שלה. פוטנציאל אנדוסקופי, כל זאת תוך גישה לקנה מידה הננו, הם מה שמייחד אותו. תכונות אלו מכוונות את הטכנולוגיה למדידות עתידיות בתוך הגוף; לקראת המטרה הסופית של אבחון זעיר פולשני של נקודת טיפול."

בשלב אב הטיפוס, כלי ההדמיה הלא פולשני, המתואר על ידי החוקרים כ"גשושית פונון", מסוגל להיות מוכנס לתוך אנדוסקופ אופטי סטנדרטי, שהוא צינור דק עם אור חזק ומצלמה בקצהו. ניווט לתוך הגוף כדי למצוא, לנתח ולנתח נגעים סרטניים, בין מחלות רבות אחרות. שילוב של טכנולוגיות אופטיות וטכנולוגיות פונון עשוי להיות יתרון; זירוז תהליך זרימת העבודה הקליני והפחתת מספר הליכי הבדיקה הפולשניים למטופלים.

יכולות מיפוי תלת מימד

בדיוק כפי שרופא עשוי לערוך בדיקה גופנית כדי לחוש 'נוקשות' חריגה ברקמה מתחת לעור שיכולה להעיד על גידולים, בדיקת הפונון תיקח את הרעיון 'מיפוי תלת מימד' זה לרמה התאית.

על ידי סריקת הגשושית האולטראסונית בחלל, היא יכולה לשחזר מפה תלת מימדית של קשיחות ותכונות מרחביות של מבנים מיקרוסקופיים על פני השטח של דגימה ומתחתיה (למשל רקמה); היא עושה זאת עם הכוח לצלם עצמים קטנים כמו מיקרוסקופ בקנה מידה גדול, ובניגוד להבדיל בין עצמים כמו בדיקה קולית.

"טכניקות המסוגלות למדוד אם תא גידול נוקשה מומשו עם מיקרוסקופים מעבדתיים, אבל הכלים החזקים האלה הם מסורבלים, לא ניידים ואינם מתאימים להגדרות קליניות העומדות בפני המטופל. טכנולוגיית אולטרסאונד בקנה מידה ננומטרי ביכולת אנדוסקופית מוכנה לעשות את הקפיצה הזו", מוסיף Salvatore La Cavera.

איך זה עובד

מערכת ההדמיה האולטראסונית החדשה משתמשת בשני לייזרים הפולטים פולסים קצרים של אנרגיה כדי לעורר ולזהות רעידות בדגימה. אחד מפולסי הלייזר נספג בשכבת מתכת - ננו-מתמר (שפועל על ידי המרת אנרגיה מצורה אחת לאחרת) - המיוצרת על קצה הסיב; תהליך אשר מביא לפונונים בתדר גבוה (חלקיקי סאונד) נשאבים לתוך הדגימה. ואז דופק לייזר שני מתנגש בגלי הקול, תהליך המכונה פיזור ברילואין. על ידי זיהוי פולסי לייזר "התנגשו" אלה, ניתן ליצור מחדש את צורת גל הקול הנוסע ולהציג אותו בצורה ויזואלית.

גל הקול שזוהה מקודד מידע על קשיחות החומר, ואפילו הגיאומטריה שלו. צוות נוטינגהאם היה הראשון שהדגים את היכולת הכפולה הזו באמצעות לייזרים פולסים וסיבים אופטיים.

הכוח של מכשיר הדמיה נמדד בדרך כלל על ידי האובייקט הקטן ביותר שניתן לראות על ידי המערכת, כלומר הרזולוציה. בשני מימדים הגששת הפונונית יכולה "לפתור" עצמים בסדר גודל של מיקרומטר אחד, בדומה למיקרוסקופ; אבל בממד השלישי (גובה) הוא מספק מדידות בקנה מידה של ננומטר, דבר שאין לו תקדים עבור מערכת הדמיה בסיבים אופטיים.

יישומים עתידיים

במאמר, החוקרים מדגימים כי הטכנולוגיה תואמת הן לסיב אופטי בודד והן ל-10-20,000 סיבים של צרור הדמיה (קוטר של 1 מ"מ), כפי שמשמש באנדוסקופים קונבנציונליים.

כתוצאה מכך, ניתן להשיג רזולוציה מרחבית מעולה ושדות ראייה רחבים באופן שגרתי על ידי איסוף קשיחות ומידע מרחבי ממספר נקודות שונות בדגימה, ללא צורך להזיז את המכשיר - מה שמביא מחלקה חדשה של אנדוסקופים פונון בהישג יד.

מעבר לטיפול רפואי קליני, תחומים כמו ייצור מדויק ומטרולוגיה יכולים להשתמש בכלי ברזולוציה גבוהה זה לבדיקות משטח ואפיון חומרים; מדידה משלימה או חלופית עבור מכשירים מדעיים קיימים. טכנולוגיות מתפתחות כמו הדפסה ביולוגית תלת-ממדית והנדסת רקמות יכולות גם להשתמש בבדיקה הפונון ככלי בדיקה מוטבע על ידי שילובו ישירות בקוטר החיצוני של מחט ההדפסה.

בשלב הבא, הצוות יפתח סדרה של יישומי הדמיית תאים ורקמות ביולוגיים בשיתוף המרכז למחלות עיכול נוטינגהאם והמכון לביופיזיקה, הדמיה ומדע אופטי באוניברסיטת נוטינגהם; במטרה ליצור כלי קליני בר-קיימא בשנים הקרובות.

# # #

####

על אוניברסיטת נוטינגהאם
אוניברסיטת נוטינגהאם היא אוניברסיטה עתירת מחקר עם מורשת גאה, המדורגת באופן עקבי בין 100 המובילים בעולם. הלימודים באוניברסיטת נוטינגהם הם חוויה משנה חיים ואנו גאים בכך שנוכל לנצל את הפוטנציאל של הסטודנטים שלנו. יש לנו רוח חלוצית, המתבטאת בחזונו של מייסדנו סר ג'סי בוט, שראה אותנו מובילים בהקמת קמפוסים בסין ומלזיה - חלק מרשת מחוברת גלובלית של חינוך, מחקר ומעורבות תעשייתית. המתקנים העדכניים ביותר של האוניברסיטה ומתן הספורט המכיל והנכים באים לידי ביטוי במעמדה כמדריך האוניברסיטה הטוב של The Times ו-Sunday Times לשנת 2021 של אוניברסיטת הספורט של השנה. אנו מדורגים במקום השמיני מבחינת כוח המחקר בבריטניה לפי REF 2014. יש לנו שישה משואות של מצוינות מחקרית שעוזרים לשנות חיים ולשנות את העולם; אנחנו גם מעסיק ושותף מרכזי בתעשייה - מקומית וגלובלית. לצד אוניברסיטת נוטינגהאם טרנט, אנו מובילים את יוזמת האוניברסיטאות לנוטינגהאם, שיתוף פעולה חלוצי המשלב את הכוח והמשימות האזרחיות המשולבות של שתי האוניברסיטאות ברמה עולמית של נוטינגהאם ועובד עם קהילות מקומיות ושותפים כדי לסייע בהחלמה והתחדשות בעקבות ה-COVID-19 מגפה.

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן

ליצירת קשר:
אמה לורי
44-011-584-67156

מידע נוסף זמין מ- Salvatore La Cavera III ב-

@UoNPressOffice

זכויות יוצרים © אוניברסיטת נוטינגהאם

אם יש לך תגובה בבקשה צרו קשר שלנו.

מנפיקי מהדורות חדשות, לא 7th Wave, Inc. או Nanotechnology Now, אחראים בלעדית לדיוק התוכן.

הפוך: