Pierwsza na świecie światłowodowa sonda obrazowania Uasoniczna do przyszłej diagnostyki chorób w nanoskali

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Pierwsza na świecie światłowodowa ultradźwiękowa sonda obrazująca do przyszłej diagnostyki chorób w nanoskali

Grafika koncepcyjna przedstawiająca mapowanie 3D mikroskopijnych obiektów za pomocą systemu sondy fononowej. Światłowód zawiera na końcówce warstwę metalu i emituje czerwone światło lasera do próbki KREDYT Dr Salvatore La Cavera

Abstrakcyjny:
Naukowcy z Uniwersytetu w Nottingham opracowali ultradźwiękowy system obrazowania, który można umieścić na czubku cienkiego jak włos światłowodu i wprowadzić do ludzkiego ciała w celu wizualizacji nieprawidłowości komórkowych w 3D.

Pierwsza na świecie światłowodowa ultradźwiękowa sonda obrazująca do przyszłej diagnostyki chorób w nanoskali

Nottingham, Wielka Brytania | Opublikowano 30 kwietnia 2021 r

Nowa technologia generuje obrazy o rozdzielczości mikroskopowej i nanoskopowej, które pewnego dnia pomogą lekarzom badać komórki zamieszkujące trudno dostępne części ciała, takie jak przewód pokarmowy, i zaoferują skuteczniejszą diagnostykę chorób, od raka żołądka po bakteryjne zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych.

Wysoki poziom wydajności, jaką zapewnia technologia, jest obecnie możliwy tylko w najnowocześniejszych laboratoriach badawczych z dużymi przyrządami naukowymi - podczas gdy ten kompaktowy system ma potencjał, aby wprowadzić go do środowiska klinicznego w celu poprawy opieki nad pacjentem.

Innowacje finansowane przez Radę ds. Badań Inżynierii i Nauk Fizycznych (EPSRC) również zmniejszają potrzebę stosowania konwencjonalnych znaczników fluorescencyjnych - chemikaliów używanych do badania biologii komórki pod mikroskopem - które mogą być szkodliwe dla komórek ludzkich w dużych dawkach.

Odkrycia są omawiane w nowym artykule zatytułowanym „Obrazowanie Phonon w 3D z sondą światłowodową”, opublikowanym w czasopiśmie Nature, Light: Science & Applications.

Autor artykułu Salvatore La Cavera, stypendysta EPSRC Doctoral Prize Fellow z University of Nottingham Optics and Photonics Research Group, powiedział o ultradźwiękowym systemie obrazowania: potencjał endoskopowy, a wszystko to przy dostępie do nanoskali, jest tym, co go wyróżnia. Te cechy umożliwiają przyszłe pomiary wewnątrz ciała; w kierunku ostatecznego celu, jakim jest minimalnie inwazyjna diagnostyka w punkcie opieki ”.

Obecnie na etapie prototypu nieinwazyjne narzędzie do obrazowania, określane przez naukowców jako „sonda fononowa”, może być wstawione do standardowego endoskopu optycznego, który jest cienką rurką z silnym światłem i kamerą na końcu, która jest nawigowany do organizmu, aby znaleźć, przeanalizować i operować zmiany nowotworowe, a także wiele innych chorób. Połączenie technologii optycznych i fononowych mogłoby być korzystne; przyspieszenie klinicznego procesu przepływu pracy i zmniejszenie liczby inwazyjnych procedur testowych dla pacjentów.

Możliwości mapowania 3D

Tak jak lekarz może przeprowadzić badanie fizykalne w celu wykrycia nieprawidłowej „sztywności” tkanki pod skórą, która może wskazywać na guzy, tak sonda fononowa przeniesie tę koncepcję „mapowania 3D” na poziom komórkowy.

Skanując sondę ultradźwiękową w przestrzeni, może odtworzyć trójwymiarową mapę sztywności i cech przestrzennych mikroskopijnych struktur na i poniżej powierzchni próbki (np. Tkanki); robi to z mocą do obrazowania małych obiektów, takich jak mikroskop o dużej skali, i kontrastem do rozróżniania obiektów, takich jak sonda ultradźwiękowa.

„Techniki umożliwiające pomiar sztywności komórki nowotworowej zostały zrealizowane za pomocą mikroskopów laboratoryjnych, ale te potężne narzędzia są nieporęczne, nieruchome i nie można ich dostosować do warunków klinicznych, w których znajduje się pacjent. Nanoskalowa technologia ultradźwiękowa o pojemności endoskopowej jest gotowa do dokonania tego skoku ”- dodaje Salvatore La Cavera.

Jak to działa?

Nowy system obrazowania ultradźwiękowego wykorzystuje dwa lasery, które emitują krótkie impulsy energii w celu stymulowania i wykrywania drgań w próbce. Jeden z impulsów lasera jest pochłaniany przez warstwę metalu - nanoprzetwornik (działający na zasadzie przekształcania energii z jednej postaci w drugą) - wytworzony na końcu włókna; proces, w wyniku którego do próbki wpompowywane są fonony o wysokiej częstotliwości (cząsteczki dźwięku). Następnie drugi impuls laserowy zderza się z falami dźwiękowymi, proces znany jako rozpraszanie Brillouina. Wykrywając te „zderzone” impulsy laserowe, można odtworzyć i wizualnie wyświetlić kształt przemieszczającej się fali dźwiękowej.

Wykryta fala dźwiękowa koduje informacje o sztywności materiału, a nawet o jego geometrii. Zespół z Nottingham jako pierwszy zademonstrował tę podwójną zdolność przy użyciu laserów impulsowych i światłowodów.

Moc urządzenia obrazującego jest zwykle mierzona przez najmniejszy obiekt, który może być dostrzeżony przez system, tj. Rozdzielczość. W dwóch wymiarach sonda fononowa może „rozróżniać” obiekty rzędu 1 mikrometra, podobnie jak mikroskop; ale w trzecim wymiarze (wysokość) zapewnia pomiary w skali nanometrów, co jest bezprecedensowe dla światłowodowego systemu obrazowania.

Przyszłe aplikacje

W artykule naukowcy wykazali, że technologia jest kompatybilna zarówno z pojedynczym włóknem światłowodowym, jak i 10–20,000 1 włókien wiązki obrazowania (o średnicy XNUMX mm), stosowanej w konwencjonalnych endoskopach.

W konsekwencji, doskonałą rozdzielczość przestrzenną i szerokie pola widzenia można by rutynowo osiągnąć poprzez zbieranie sztywności i informacji przestrzennych z wielu różnych punktów próbki, bez konieczności przesuwania urządzenia - dzięki czemu nowa klasa endoskopów fononowych jest w zasięgu ręki.

Poza opieką kliniczną, dziedziny takie jak produkcja precyzyjna i metrologia mogłyby wykorzystywać to wysokiej rozdzielczości narzędzie do kontroli powierzchni i charakteryzowania materiałów; pomiar uzupełniający lub zastępczy dla istniejących instrumentów naukowych. Rozwijające się technologie, takie jak biodrukowanie 3D i inżynieria tkankowa, mogą również wykorzystać sondę fononową jako narzędzie do kontroli w linii, integrując ją bezpośrednio z zewnętrzną średnicą igły drukującej.

Następnie zespół opracuje szereg aplikacji do biologicznego obrazowania komórek i tkanek we współpracy z Nottingham Digestive Diseases Centre i Instytutem Biofizyki, Obrazowania i Nauk Optycznych na Uniwersytecie w Nottingham; w celu stworzenia realnego narzędzia klinicznego w nadchodzących latach.

# # #

####

O Uniwersytecie w Nottingham
University of Nottingham jest uniwersytetem prowadzącym intensywne badania naukowe z dumnym dziedzictwem, konsekwentnie plasującym się na liście 100 najlepszych na świecie. Studia na Uniwersytecie w Nottingham to doświadczenie zmieniające życie i jesteśmy dumni z odblokowywania potencjału naszych studentów. Mamy pionierskiego ducha, wyrażonego w wizji naszego założyciela, Sir Jesse Boota, dzięki której jesteśmy liderem w tworzeniu kampusów w Chinach i Malezji - części globalnej sieci edukacji, badań i zaangażowania przemysłowego. Najnowocześniejsze udogodnienia uniwersytetu oraz oferta sportowa dla osób niepełnosprawnych i dla osób niepełnosprawnych znajdują odzwierciedlenie w jego statusie jako The Times i Sunday Times Good University Guide 2021 Sports University of the Year. Zajmujemy ósme miejsce pod względem siły badawczej w Wielkiej Brytanii według REF 2014. Mamy sześć punktów odniesienia doskonałości badawczej, które pomagają zmieniać życie i świat; Jesteśmy również głównym partnerem w branży i pracodawcy - lokalnie i globalnie. Wraz z Nottingham Trent University kierujemy inicjatywą Universities for Nottingham, pionierską współpracą, która łączy siły i misje obywatelskie dwóch światowej klasy uniwersytetów w Nottingham i współpracuje z lokalnymi społecznościami i partnerami, aby pomóc w odbudowie i odnowie po COVID-19 pandemia.

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Emmę Lowry
44-011-584-67156

Więcej informacji można uzyskać od Salvatore La Cavera III pod adresem

@UoNpressOffice

Prawa autorskie © University of Nottingham

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: