's Werelds eerste glasvezel Uasonic Imaging Probe voor toekomstige ziektediagnostiek op nanoschaal

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > 'S Werelds eerste vezeloptische ultrasone beeldvormingssonde voor toekomstige diagnostiek van ziekten op nanoschaal

Concept art die de 3D-mapping van microscopisch kleine objecten laat zien door het fonon-sondesysteem. De optische vezel bevat een metalen laag op de punt en projecteert rood laserlicht in het preparaat CREDIT Dr. Salvatore La Cavera

Abstract:
Wetenschappers van de Universiteit van Nottingham hebben een ultrasoon beeldvormingssysteem ontwikkeld dat kan worden ingezet op de punt van een flinterdunne optische vezel en in het menselijk lichaam kan worden ingebracht om celafwijkingen in 3D te visualiseren.

'S Werelds eerste vezeloptische ultrasone beeldsonde voor toekomstige diagnostiek van ziekten op nanoschaal

Nottingham, VK | Geplaatst op 30 april 2021

De nieuwe technologie produceert microscopische en nanoscopische resolutiebeelden die clinici op een dag zullen helpen om cellen te onderzoeken die zich in moeilijk bereikbare delen van het lichaam bevinden, zoals het maagdarmkanaal, en die effectievere diagnoses bieden voor ziekten variërend van maagkanker tot bacteriële meningitis.

Het hoge prestatieniveau dat de technologie levert, is momenteel alleen mogelijk in ultramoderne onderzoekslaboratoria met grote, wetenschappelijke instrumenten - terwijl dit compacte systeem het potentieel heeft om het in klinische omgevingen te brengen om de patiëntenzorg te verbeteren.

De door Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) gefinancierde innovatie vermindert ook de behoefte aan conventionele fluorescerende labels - chemicaliën die worden gebruikt om celbiologie onder een microscoop te onderzoeken - die in hoge doses schadelijk kunnen zijn voor menselijke cellen.

De bevindingen worden gerapporteerd in een nieuw artikel, getiteld 'Phonon imaging in 3D with a fiber probe', gepubliceerd in het Nature-tijdschrift Light: Science & Applications.

Papierauteur, Salvatore La Cavera, een EPSRC Doctoral Prize Fellow van de University of Nottingham Optics and Photonics Research Group, zei over het ultrasone beeldvormingssysteem: endoscopisch potentieel, terwijl het toegang heeft tot de nanoschaal, is wat het onderscheidt. Deze eigenschappen maken de technologie klaar voor toekomstige metingen in het lichaam; richting het uiteindelijke doel van minimaal invasieve point-of-care diagnostiek. "

Momenteel in de prototypefase, kan het niet-invasieve beeldvormingsinstrument, door de onderzoekers beschreven als een ‘fonon-sonde’, in een standaard optische endoscoop worden ingebracht, een dunne buis met een krachtig licht en camera aan het uiteinde. genavigeerd in het lichaam om kankerachtige laesies te vinden, analyseren en opereren, naast vele andere ziekten. Het combineren van optische en fonon-technologieën zou voordelig kunnen zijn; het klinische werkstroomproces versnellen en het aantal invasieve testprocedures voor patiënten verminderen.

3D-mappingmogelijkheden

Net zoals een arts een lichamelijk onderzoek zou kunnen uitvoeren om te voelen voor abnormale 'stijfheid' in weefsel onder de huid die op tumoren zou kunnen duiden, zal de fonon-sonde dit '3D-mapping'-concept naar een cellulair niveau tillen.

Door de ultrasone sonde in de ruimte te scannen, kan deze een driedimensionale kaart van stijfheid en ruimtelijke kenmerken van microscopische structuren op en onder het oppervlak van een monster (bijv. Weefsel) reproduceren; het doet dit met de kracht om kleine objecten af te beelden zoals een grootschalige microscoop, en het contrast om objecten te onderscheiden zoals een ultrasone sonde.

“Technieken waarmee kan worden gemeten of een tumorcel stijf is, zijn gerealiseerd met laboratoriummicroscopen, maar deze krachtige instrumenten zijn omslachtig, onbeweeglijk en niet aanpasbaar aan de patiëntgerichte klinische omgevingen. Ultrasone technologie op nanoschaal in endoscopische capaciteit staat klaar om die sprong te maken ”, voegt Salvatore La Cavera toe.

Hoe het werkt

Het nieuwe ultrasone beeldvormingssysteem maakt gebruik van twee lasers die korte energiepulsen uitzenden om trillingen in een preparaat te stimuleren en te detecteren. Een van de laserpulsen wordt geabsorbeerd door een laag metaal - een nano-transducer (die werkt door energie van de ene vorm naar de andere om te zetten) - die op het uiteinde van de vezel is aangebracht; een proces waarbij hoogfrequente fononen (geluidsdeeltjes) in het preparaat worden gepompt. Dan botst een tweede laserpuls met de geluidsgolven, een proces dat bekend staat als Brillouin-verstrooiing. Door deze "botsende" laserpulsen te detecteren, kan de vorm van de lopende geluidsgolf worden nagebootst en visueel weergegeven.

De gedetecteerde geluidsgolf codeert informatie over de stijfheid van een materiaal, en zelfs de geometrie ervan. Het Nottingham-team was de eerste die deze dubbele mogelijkheid demonstreerde met behulp van gepulseerde lasers en optische vezels.

Het vermogen van een beeldapparaat wordt doorgaans gemeten aan de hand van het kleinste object dat door het systeem kan worden gezien, namelijk de resolutie. In twee dimensies kan de fonon-sonde objecten in de orde van 1 micrometer "oplossen", vergelijkbaar met een microscoop; maar in de derde dimensie (hoogte) levert het metingen op de schaal van nanometer, wat ongekend is voor een glasvezelbeeldvormingssysteem.

Toekomstige toepassingen

In de paper laten de onderzoekers zien dat de technologie compatibel is met zowel een enkele optische vezel als de 10-20,000 vezels van een beeldvormingsbundel (1 mm in diameter), zoals gebruikt in conventionele endoscopen.

Bijgevolg zouden superieure ruimtelijke resolutie en brede gezichtsvelden routinematig kunnen worden bereikt door stijfheid en ruimtelijke informatie van meerdere verschillende punten op een monster te verzamelen, zonder dat het apparaat hoeft te worden verplaatst - waardoor een nieuwe klasse van fonon-endoscopen binnen handbereik komt.

Naast de klinische gezondheidszorg zouden velden zoals precisiefabricage en metrologie deze tool met hoge resolutie kunnen gebruiken voor oppervlakte-inspecties en materiaalkarakterisering; een aanvullende of vervangende meting voor bestaande wetenschappelijke instrumenten. Opkomende technologieën zoals 3D-bioprinting en tissue engineering zouden de fonon-sonde ook kunnen gebruiken als een inline inspectietool door deze rechtstreeks te integreren in de buitendiameter van de printnaald.

Vervolgens zal het team een reeks biologische beeldvormingsapplicaties voor cellen en weefsels ontwikkelen in samenwerking met het Nottingham Digestive Diseases Centre en het Institute of Biophysics, Imaging and Optical Science aan de University of Nottingham; met als doel om de komende jaren een levensvatbaar klinisch instrument te creëren.

###

####

Over de universiteit van Nottingham
De Universiteit van Nottingham is een onderzoeksintensieve universiteit met een trots erfgoed, consequent gerangschikt in de top 100 van de wereld. Studeren aan de Universiteit van Nottingham is een levensveranderende ervaring en we zijn er trots op het potentieel van onze studenten te ontsluiten. We hebben een pioniersgeest, die tot uiting komt in de visie van onze oprichter Sir Jesse Boot, die ons het voortouw heeft zien nemen bij het opzetten van campussen in China en Maleisië - onderdeel van een wereldwijd verbonden netwerk van onderwijs, onderzoek en industriële betrokkenheid. De ultramoderne faciliteiten van de universiteit en de voorzieningen voor inclusieve en gehandicapte sport worden weerspiegeld in haar status als The Times and Sunday Times Good University Guide 2021 Sports University of the Year. We staan op de achtste plaats voor onderzoeksmacht in het VK volgens REF 2014. We hebben zes bakens van excellente onderzoek die helpen levens te transformeren en de wereld te veranderen; we zijn ook een belangrijke werkgever en branchepartner - lokaal en wereldwijd. Naast Nottingham Trent University leiden we het Universities for Nottingham-initiatief, een baanbrekende samenwerking die de gecombineerde kracht- en burgermissies van de twee universiteiten van wereldklasse van Nottingham samenbrengt en samenwerkt met lokale gemeenschappen en partners om herstel en vernieuwing na COVID-19 te bevorderen. pandemie.

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Emma Lowry
44-011-584-67156

Meer informatie is verkrijgbaar bij Salvatore La Cavera III op

@UoNPressOffice

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: