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

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Первый в мире волоконно-оптический ультразвуковой датчик изображения для будущей наноразмерной диагностики заболеваний

Концепт-арт, показывающий трехмерное картографирование микроскопических объектов с помощью системы фононных зондов. Оптическое волокно имеет металлический слой на кончике и проецирует красный лазерный свет на образец. КРЕДИТ: Доктор Сальваторе Ла Кавера.

Абстрактные:
Ученые из Ноттингемского университета разработали систему ультразвуковой визуализации, которую можно развернуть на кончике тонкого как волос оптоволокно и вставить в тело человека для визуализации клеточных аномалий в 3D.

Первый в мире волоконно-оптический ультразвуковой датчик изображения для будущей наноразмерной диагностики заболеваний

Ноттингем, Великобритания | Отправлено: 30 апреля 2021 г.

Новая технология позволяет получать изображения с микроскопическим и наноскопическим разрешением, которые однажды помогут клиницистам исследовать клетки, населяющие труднодоступные части тела, такие как желудочно-кишечный тракт, и предложить более эффективную диагностику различных заболеваний, от рака желудка до бактериального менингита.

Высокий уровень производительности, обеспечиваемый технологией, в настоящее время возможен только в современных исследовательских лабораториях с большими научными приборами, тогда как эта компактная система может использовать ее в клинических условиях для улучшения ухода за пациентами.

Инновация, финансируемая Советом по исследованиям в области инженерных и физических наук (EPSRC), также снижает потребность в обычных флуоресцентных метках - химических веществах, используемых для изучения клеточной биологии под микроскопом, - которые в больших дозах могут быть вредными для клеток человека.

Результаты сообщаются в новой статье под названием «Фононное изображение в 3D с помощью волоконного зонда», опубликованной в журнале Nature, Light: Science & Applications.

Автор статьи Сальваторе Ла Кавера, научный сотрудник исследовательской группы по оптике и фотонике Ноттингемского университета, научный сотрудник исследовательской группы по оптике и фотонике Ноттингемского университета, сказал об ультразвуковой системе визуализации: «Мы верим в ее способность измерять жесткость образца, его биосовместимость и Эндоскопический потенциал при доступе к наномасштабу - вот что его отличает. Эти особенности устанавливают технологию для будущих измерений внутри тела; к конечной цели - минимально инвазивной диагностике в месте оказания медицинской помощи ».

В настоящее время на стадии прототипа неинвазивный инструмент визуализации, описанный исследователями как «фононный зонд», может быть вставлен в стандартный оптический эндоскоп, который представляет собой тонкую трубку с мощным светом и камерой на конце, перемещаются в организм, чтобы находить, анализировать и оперировать раковые образования, среди многих других заболеваний. Комбинация оптических и фононных технологий может быть выгодна; ускорение клинического рабочего процесса и сокращение количества инвазивных тестовых процедур для пациентов.

Возможности 3D-картографии

Подобно тому, как врач может провести физическое обследование, чтобы почувствовать аномальную «жесткость» в тканях под кожей, которые могут указывать на опухоли, фононный зонд перенесет эту концепцию «трехмерного картирования» на клеточный уровень.

Сканируя ультразвуковой датчик в пространстве, он может воспроизводить трехмерную карту жесткости и пространственных характеристик микроскопических структур на поверхности образца (например, ткани) и под ней; он делает это с помощью мощности для изображения небольших объектов, таких как крупномасштабный микроскоп, и контрастности для различения объектов, таких как ультразвуковой зонд.

«Методы, позволяющие измерить жесткость опухолевой клетки, были реализованы с помощью лабораторных микроскопов, но эти мощные инструменты громоздки, неподвижны и не адаптируются к клиническим условиям, в которых находится пациент. Наноуровневая ультразвуковая технология в эндоскопических возможностях готова совершить этот скачок », - добавляет Сальваторе Ла Кавера.

Как это работает?

В новой системе ультразвуковой визуализации используются два лазера, которые излучают короткие импульсы энергии для стимуляции и обнаружения вибраций в образце. Один из лазерных импульсов поглощается слоем металла - нанопреобразователем (который работает путем преобразования энергии из одной формы в другую), созданным на конце волокна; процесс, в результате которого в образец попадают высокочастотные фононы (звуковые частицы). Затем второй лазерный импульс сталкивается со звуковыми волнами - процесс, известный как рассеяние Бриллюэна. Обнаруживая эти «столкнувшиеся» лазерные импульсы, можно воссоздать и визуально отобразить форму бегущей звуковой волны.

Обнаруженная звуковая волна кодирует информацию о жесткости материала и даже его геометрии. Команда из Ноттингема была первой, кто продемонстрировал эту двойную возможность с использованием импульсных лазеров и оптических волокон.

Мощность устройства формирования изображения обычно измеряется по наименьшему объекту, который может увидеть система, то есть по разрешению. В двух измерениях фононный зонд может «разрешать» объекты размером порядка 1 микрометра, подобно микроскопу; но в третьем измерении (высоте) он обеспечивает измерения в масштабе нанометров, что беспрецедентно для волоконно-оптических систем визуализации.

Будущие приложения

В статье исследователи демонстрируют, что технология совместима как с одним оптическим волокном, так и с 10-20,000 1 волокон пучка изображений (диаметром XNUMX мм), которые используются в обычных эндоскопах.

Следовательно, превосходное пространственное разрешение и широкое поле обзора могут быть обычно достигнуты путем сбора жесткости и пространственной информации из нескольких разных точек на образце без необходимости перемещать устройство, что делает новый класс фононных эндоскопов доступным.

Помимо клинического здравоохранения, такие области, как прецизионное производство и метрология, могут использовать этот инструмент с высоким разрешением для проверки поверхностей и определения характеристик материалов; дополнительное или заменяющее измерение для существующих научных инструментов. Развивающиеся технологии, такие как 3D-биопечать и тканевая инженерия, также могут использовать фононный зонд в качестве встроенного инструмента проверки, интегрируя его непосредственно с внешним диаметром печатной иглы.

Затем команда будет разрабатывать серию приложений для визуализации биологических клеток и тканей в сотрудничестве с Ноттингемским центром болезней органов пищеварения и Институтом биофизики, визуализации и оптики при Ноттингемском университете; с целью создания жизнеспособного клинического инструмента в ближайшие годы.

###

####

О Ноттингемском университете
Ноттингемский университет - это исследовательский университет с богатым наследием, который неизменно входит в сотню лучших в мире. Обучение в Ноттингемском университете меняет жизнь, и мы гордимся тем, что раскрываем потенциал наших студентов. У нас есть новаторский дух, выраженный в видении нашего основателя сэра Джесси Бута, благодаря которому мы стали лидерами в создании кампусов в Китае и Малайзии - части глобальной сети образования, исследований и промышленного участия. Ультрасовременная инфраструктура университета, а также возможности для занятий спортом и спорта для людей с ограниченными возможностями отражены в его статусе журнала The Times и Sunday Times Good University Guide 100 Sports University of the Year. По данным REF 2021, мы занимаем восьмое место в Великобритании по исследовательской мощи. У нас есть шесть маяков передового опыта, которые помогают изменить жизнь людей и мир; мы также являемся крупным работодателем и отраслевым партнером - как на местном, так и на международном уровне. Вместе с Университетом Ноттингем Трент мы возглавляем инициативу «Университеты для Ноттингема», новаторское сотрудничество, которое объединяет объединенные силы и гражданские миссии двух университетов мирового класса в Ноттингеме и работает с местными сообществами и партнерами, чтобы помочь выздоровлению и обновлению после COVID-2014. пандемия.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Эмма Лоури
44-011-584-67156

Дополнительную информацию можно получить у Сальваторе Ла Кавера III на

@UoNPressOffice

Авторское право © Ноттингемский университет

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: