Prima sondă de imagistică Uasonic cu fibră optică din lume pentru diagnosticarea viitoarelor boli la scară nanometrică

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Prima sondă de imagistică cu ultrasunete cu fibră optică din lume pentru diagnosticarea viitoare a bolii la scară nano

Artă conceptuală care arată maparea 3D a obiectelor microscopice de către sistemul sondei fononice. Fibra optică conține un strat de metal pe vârf și proiectează lumină laser roșie în specimen CREDIT Dr Salvatore La Cavera

Rezumat:
Oamenii de știință de la Universitatea din Nottingham au dezvoltat un sistem de imagistică cu ultrasunete, care poate fi instalat pe vârful unei fibre optice subțiri de păr și care va fi inserabil în corpul uman pentru a vizualiza anomaliile celulare în 3D.

Prima sondă de imagistică cu ultrasunete cu fibră optică din lume pentru diagnosticarea viitoare a bolii la scară nano

Nottingham, Marea Britanie | Postat pe 30 aprilie 2021

Noua tehnologie produce imagini cu rezoluție microscopică și nanoscopică, care vor ajuta într-o zi clinicienii să examineze celulele care locuiesc în părți dificil de atins ale corpului, cum ar fi tractul gastro-intestinal, și să ofere diagnostice mai eficiente pentru boli variind de la cancer gastric la meningită bacteriană.

Nivelul ridicat de performanță pe care îl oferă tehnologia este posibil în prezent doar în laboratoarele de cercetare de ultimă generație cu instrumente științifice mari - în timp ce acest sistem compact are potențialul de a-l aduce în setările clinice pentru a îmbunătăți îngrijirea pacientului.

Inovația finanțată de Consiliul de Cercetări în Inginerie și Științe Fizice (EPSRC) reduce, de asemenea, nevoia de etichete fluorescente convenționale - substanțe chimice utilizate pentru a examina biologia celulară la microscop - care pot fi dăunătoare celulelor umane în doze mari.

Descoperirile sunt raportate într-o nouă lucrare, intitulată „Imaginea Phonon în 3D cu o sondă de fibră” publicată în revista Nature, Light: Science & Applications.

Autorul lucrării, Salvatore La Cavera, membru al premiului doctoral EPSRC de la Universitatea din Nottingham Optics and Photonics Research Group, a spus despre sistemul de imagistică cu ultrasunete: „Credem că capacitatea sa de a măsura rigiditatea unui specimen, biocompatibilitatea acestuia și potențialul endoscopic, în timp ce accesați nanoscala, este ceea ce îl deosebește. Aceste caracteristici configurează tehnologia pentru măsurători viitoare în interiorul corpului; spre obiectivul final al diagnosticului minim invaziv la punctul de îngrijire. ”

În prezent, în stadiul de prototip, instrumentul de imagistică neinvazivă, descris de cercetători ca o „sondă fonică”, poate fi introdus într-un endoscop optic standard, care este un tub subțire cu o lumină puternică și o cameră la sfârșitul a navigat în corp pentru a găsi, analiza și opera leziuni canceroase, printre multe alte boli. Combinarea tehnologiilor optice și fonice ar putea fi avantajoasă; accelerarea procesului de lucru clinic și reducerea numărului de proceduri de test invazive pentru pacienți.

Capacități de cartografiere 3D

Așa cum un medic ar putea efectua un examen fizic pentru a simți „rigiditate” anormală în țesutul de sub piele care ar putea indica tumori, sonda fonică va duce acest concept de „cartografiere 3D” la un nivel celular.

Prin scanarea sondei ultrasonice în spațiu, aceasta poate reproduce o hartă tridimensională a rigidității și caracteristicilor spațiale ale structurilor microscopice la și sub suprafața unui specimen (de exemplu, țesut); face acest lucru cu puterea de a imagina obiecte mici, cum ar fi un microscop la scară largă, și contrastul pentru a diferenția obiectele, cum ar fi o sondă cu ultrasunete.

Tehnicile capabile să măsoare dacă o celulă tumorală este rigidă au fost realizate cu microscopuri de laborator, dar aceste instrumente puternice sunt greoaie, imobile și neadaptabile la setările clinice cu care se confruntă pacientul. Tehnologia cu ultrasunete la scară nano-endoscopică este pregătită să facă acest salt ”, adaugă Salvatore La Cavera.

Abordarea Noastră

Noul sistem de imagistică cu ultrasunete utilizează două lasere care emit impulsuri scurte de energie pentru a stimula și detecta vibrațiile dintr-un specimen. Unul dintre impulsurile laserului este absorbit de un strat de metal - un nano-traductor (care funcționează prin conversia energiei de la o formă la alta) - fabricat pe vârful fibrei; un proces care are ca rezultat pomparea fononilor de înaltă frecvență (particule sonore) în specimen. Apoi, un al doilea impuls laser se ciocnește cu undele sonore, un proces cunoscut sub numele de împrăștiere Brillouin. Prin detectarea acestor impulsuri laser „colisionate”, forma undei sonore călătoare poate fi recreată și afișată vizual.

Unda sonoră detectată codifică informații despre rigiditatea unui material și chiar geometria acestuia. Echipa Nottingham a fost prima care a demonstrat această capacitate duală folosind lasere pulsate și fibre optice.

Puterea unui dispozitiv de imagistică este de obicei măsurată de cel mai mic obiect care poate fi văzut de sistem, adică rezoluția. În două dimensiuni, sonda fonică poate „rezolva” obiecte de ordinul a 1 micrometru, asemănător unui microscop; dar în a treia dimensiune (înălțime) oferă măsurători pe scara nanometrilor, ceea ce este fără precedent pentru un sistem de imagistică cu fibră optică.

Aplicații viitoare

În lucrare, cercetătorii demonstrează că tehnologia este compatibilă atât cu o singură fibră optică, cât și cu 10-20,000 de fibre ale unui pachet de imagini (1 mm în diametru), așa cum este utilizat în endoscoapele convenționale.

În consecință, rezoluția spațială superioară și câmpurile vizuale largi ar putea fi obținute în mod obișnuit prin colectarea rigidității și a informațiilor spațiale din mai multe puncte diferite ale unui eșantion, fără a fi nevoie să deplasați dispozitivul - aducând o nouă clasă de endoscoape fononice la îndemână.

Dincolo de asistența medicală clinică, domenii precum fabricarea de precizie și metrologia ar putea utiliza acest instrument de înaltă rezoluție pentru inspecțiile de suprafață și caracterizarea materialelor; o măsurare complementară sau de înlocuire pentru instrumentele științifice existente. Tehnologiile în creștere, cum ar fi bio-imprimarea 3D și ingineria țesuturilor, ar putea utiliza, de asemenea, sonda fonică ca instrument de inspecție în linie, integrând-o direct în diametrul exterior al acului de imprimare.

In continuare, echipa va dezvolta o serie de aplicatii de imagistica a celulelor biologice si a tesuturilor in colaborare cu Centrul de Boli Digestive Nottingham si Institutul de Biofizica, Imagistica si Stiinta Optica de la Universitatea din Nottingham; cu scopul de a crea un instrument clinic viabil în următorii ani.

# # #

####

Despre Universitatea din Nottingham
Universitatea din Nottingham este o universitate intensivă în cercetare, cu un patrimoniu mândru, clasată în mod constant printre primele 100 din lume. Studierea la Universitatea din Nottingham este o experiență care schimbă viața și ne mândrim cu faptul că deblocăm potențialul studenților noștri. Avem un spirit de pionierat, exprimat în viziunea fondatorului nostru, Sir Jesse Boot, care ne-a văzut în calea înființării campusurilor în China și Malaezia - parte a unei rețele conectate la nivel global de educație, cercetare și implicare industrială. Facilitățile de ultimă generație ale universității și sportul incluziv și cu dizabilități se reflectă în statutul său de The Times și Sunday Times Good University Guide 2021 Sports University of the Year. Suntem pe locul opt pentru puterea de cercetare în Marea Britanie conform REF 2014. Avem șase faruri de excelență în cercetare care ajută la transformarea vieților și schimbarea lumii; suntem, de asemenea, un angajator important și un partener industrial - la nivel local și global. Alături de Universitatea Trent din Nottingham, conducem inițiativa Universități pentru Nottingham, o colaborare de pionierat care reunește forța combinată și misiunile civice ale celor două universități de clasă mondială din Nottingham și lucrează cu comunitățile locale și partenerii pentru a ajuta recuperarea și reînnoirea după COVID-19 pandemic.

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Emma Lowry
44-011-584-67156

Mai multe informații sunt disponibile la Salvatore La Cavera III pe

@UoNPressOffice

Drepturi de autor © Universitatea din Nottingham

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: