Prva Uasonic slikovna sonda na svetu z optičnimi vlakni za prihodnjo diagnostiko bolezni na nanometru

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Prva ultrazvočna slikovna sonda z optičnimi vlakni na svetu za prihodnjo diagnostiko bolezni na nanometru

Konceptualna umetnost, ki prikazuje 3D preslikavo mikroskopskih predmetov s sistemom fononske sonde. Optično vlakno vsebuje kovinsko plast na svoji konici in projicira rdečo lasersko svetlobo v vzorec. CREDIT Dr. Salvatore La Cavera

Povzetek:
Znanstveniki z Univerze v Nottinghamu so razvili ultrazvočni slikovni sistem, ki ga je mogoče namestiti na konico kot las tankega optičnega vlakna in ga bo mogoče vstaviti v človeško telo za vizualizacijo celičnih nenormalnosti v 3D.

Prva na svetu ultrazvočna slikarska sonda z optičnimi vlakni za prihodnjo diagnostiko bolezni nanodelcev

Nottingham, Združeno kraljestvo | Objavljeno 30. aprila 2021

Nova tehnologija proizvaja slike mikroskopske in nanoskopske ločljivosti, ki bodo nekega dne pomagale zdravnikom pri pregledu celic, ki naseljujejo težko dostopne dele telesa, kot so prebavila, in ponudile učinkovitejše diagnoze bolezni, od raka želodca do bakterijskega meningitisa.

Visoka raven zmogljivosti, ki jo zagotavlja tehnologija, je trenutno mogoča samo v najsodobnejših raziskovalnih laboratorijih z velikimi znanstvenimi instrumenti – medtem ko ima ta kompaktni sistem potencial, da ga prenesete v klinične nastavitve za izboljšanje oskrbe bolnikov.

Inovacije, ki jih financira Raziskovalni svet za inženirstvo in fizikalne znanosti (EPSRC), prav tako zmanjšujejo potrebo po običajnih fluorescentnih oznakah – kemikalijah, ki se uporabljajo za raziskovanje celične biologije pod mikroskopom – ki so lahko v velikih odmerkih škodljive za človeške celice.

Ugotovitve so predstavljene v novem dokumentu z naslovom "Fononsko slikanje v 3D s sondo iz vlaken", objavljenem v reviji Nature, Light: Science & Applications.

Avtor prispevka, Salvatore La Cavera, doktorski sodelavec EPSRC z raziskovalne skupine za optiko in fotoniko Univerze v Nottinghamu, je o ultrazvočnem sistemu za slikanje dejal: »Verjamemo, da lahko izmeri togost vzorca, njegovo biokompatibilnost in endoskopski potencial, vse ob dostopu do nanometra, je tisto, kar ga loči. Te funkcije pripravijo tehnologijo za prihodnje meritve znotraj telesa; proti končnemu cilju minimalno invazivne diagnostike na kraju samem.«

Trenutno v fazi prototipa je neinvazivno slikovno orodje, ki so ga raziskovalci opisali kot "fononska sonda", mogoče vstaviti v standardni optični endoskop, ki je tanka cev z močno svetlobo in kamero na koncu, ki je navigirali v telo, da bi med številnimi drugimi boleznimi našli, analizirali in operirali rakave lezije. Združevanje optičnih in fononskih tehnologij bi lahko bilo koristno; pospešitev kliničnega procesa dela in zmanjšanje števila invazivnih testnih postopkov za bolnike.

Zmogljivosti 3D kartiranja

Tako kot bi lahko zdravnik opravil fizični pregled, da bi otipal nenormalno 'togost' tkiva pod kožo, ki bi lahko kazala na tumorje, bo fononska sonda ta koncept '3D preslikave' prenesla na celično raven.

S skeniranjem ultrazvočne sonde v prostoru lahko reproducira tridimenzionalni zemljevid togosti in prostorskih značilnosti mikroskopskih struktur na površini vzorca (npr. tkiva) in pod njo; to počne z močjo slikanja majhnih predmetov, kot je velik mikroskop, in kontrastom za razlikovanje predmetov, kot je ultrazvočna sonda.

»Tehnike, s katerimi je mogoče izmeriti, ali je tumorska celica trda, so bile izvedene z laboratorijskimi mikroskopi, vendar so ta zmogljiva orodja okorna, nepokretna in neprilagodljiva kliničnim okoliščinam, ki se soočajo s pacientom. Nanometrska ultrazvočna tehnologija v endoskopski zmogljivosti je pripravljena narediti ta preskok,« dodaja Salvatore La Cavera.

Kako deluje

Novi ultrazvočni slikovni sistem uporablja dva laserja, ki oddajata kratke impulze energije za spodbujanje in zaznavanje vibracij v vzorcu. Enega od laserskih impulzov absorbira plast kovine – nanopretvornik (ki deluje tako, da pretvarja energijo iz ene oblike v drugo) – izdelan na konici vlakna; proces, ki ima za posledico črpanje visokofrekvenčnih fononov (zvočnih delcev) v vzorec. Nato drugi laserski impulz trči v zvočne valove, proces, znan kot Brillouinovo sipanje. Z zaznavanjem teh "trčenih" laserskih impulzov je mogoče poustvariti obliko potujočega zvočnega vala in jo vizualno prikazati.

Zaznani zvočni val kodira informacije o togosti materiala in celo njegovi geometriji. Ekipa iz Nottinghama je bila prva, ki je pokazala to dvojno zmogljivost z uporabo impulznih laserjev in optičnih vlaken.

Moč slikovne naprave se običajno meri z najmanjšim predmetom, ki ga sistem lahko vidi, to je z ločljivostjo. V dveh dimenzijah lahko fononska sonda »loči« predmete velikosti 1 mikrometra, podobno kot mikroskop; toda v tretji dimenziji (višina) zagotavlja meritve na nanometrski lestvici, kar je brez primere za slikovni sistem z optičnimi vlakni.

Prihodnje aplikacije

V prispevku raziskovalci dokazujejo, da je tehnologija združljiva tako z enim optičnim vlaknom kot z 10–20,000 vlakni svežnja za slikanje (premera 1 mm), kot se uporablja v običajnih endoskopih.

Posledično bi bilo mogoče rutinsko doseči vrhunsko prostorsko ločljivost in široka vidna polja z zbiranjem informacij o togosti in prostorskih informacijah iz več različnih točk na vzorcu, ne da bi bilo treba premikati napravo – s čimer bi dosegli nov razred fononskih endoskopov.

Poleg kliničnega zdravstvenega varstva bi lahko področja, kot sta natančna proizvodnja in meroslovje, uporabljala to orodje visoke ločljivosti za površinske preglede in karakterizacijo materialov; dopolnilna ali nadomestna meritev za obstoječe znanstvene instrumente. Razraščajoče se tehnologije, kot sta 3D bio-tiskanje in tkivni inženiring, bi prav tako lahko uporabile fononsko sondo kot vgrajeno orodje za inšpekcijo, tako da bi jo integrirale neposredno v zunanji premer tiskalne igle.

Nato bo skupina razvila vrsto aplikacij za slikanje bioloških celic in tkiv v sodelovanju s Centrom za prebavne bolezni Nottingham in Inštitutom za biofiziko, slikanje in optiko na Univerzi v Nottinghamu; z namenom, da bi v prihodnjih letih ustvarili izvedljivo klinično orodje.

# # #

####

O Univerzi v Nottinghamu
Univerza v Nottinghamu je raziskovalno intenzivna univerza s ponosno dediščino, ki jo nenehno uvrščajo med 100 najboljših na svetu. Študij na Univerzi v Nottinghamu je izkušnja, ki spremeni življenje in ponosni smo na sprostitev potenciala naših študentov. Imamo pionirski duh, izražen v viziji našega ustanovitelja sira Jesseja Boota, ki nas je vodil pri ustanavljanju kampusov na Kitajskem in v Maleziji – del globalno povezane mreže izobraževanja, raziskav in industrijskega delovanja. Najsodobnejše zmogljivosti univerze ter ponudba vključujočega in invalidskega športa se odraža v njenem statusu The Times in Sunday Times Good University Guide 2021 športne univerze leta. Glede na REF 2014 smo uvrščeni na osmo mesto glede raziskovalne moči v Združenem kraljestvu. Imamo šest svetilnikov raziskovalne odličnosti, ki pomagajo preobraziti življenja in spremeniti svet; smo tudi pomemben delodajalec in industrijski partner – lokalno in globalno. Skupaj z Univerzo Nottingham Trent vodimo pobudo Univerze za Nottingham, pionirsko sodelovanje, ki združuje moč in državljanske naloge dveh vrhunskih univerz v Nottinghamu ter sodeluje z lokalnimi skupnostmi in partnerji pri pomoči pri okrevanju in obnovi po COVID-19. pandemija.

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Emma Lowry
44-011-584-67156

Več informacij je na voljo pri Salvatore La Cavera III

@UoNPressOffice

Avtorske pravice © Univerza v Nottinghamu

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: