Перший у світі волоконно-оптичний Uasonic візуалізаційний датчик для майбутньої нанорозмірної діагностики захворювань

Перевидано Платоном

читають: 0

Головна > прес > Перший у світі волоконно-оптичний ультразвуковий датчик для майбутньої нанорозмірної діагностики захворювань

Концепт-арт, що демонструє тривимірне відображення мікроскопічних об’єктів за допомогою системи фононного зонду. Оптичне волокно містить металевий шар на його кінці та проектує червоне лазерне світло на зразок КРЕДИТ Доктор Сальваторе Ла Кавера

Анотація:
Вчені з Ноттінгемського університету розробили ультразвукову систему візуалізації, яка може бути розгорнута на кінчику тонкого, як волосок, оптичного волокна, і її можна буде вставляти в тіло людини, щоб візуалізувати аномалії клітин у 3D.

Перший у світі волоконно-оптичний ультразвуковий зонд для майбутньої діагностики нанорозмірних захворювань

Ноттінгем, Великобританія | Опубліковано 30 квітня 2021 р

Нова технологія створює зображення з мікроскопічною та наноскопічною роздільною здатністю, які одного дня допоможуть клініцистам досліджувати клітини, що мешкають у важкодоступних частинах тіла, таких як шлунково-кишковий тракт, і запропонують більш ефективну діагностику захворювань, починаючи від раку шлунка і закінчуючи бактеріальним менінгітом.

Високий рівень продуктивності, який забезпечує технологія, наразі можливий лише в найсучасніших дослідницьких лабораторіях із великими науковими приладами, тоді як ця компактна система має потенціал для застосування в клінічних умовах для покращення догляду за пацієнтами.

Інновація, фінансована Дослідницькою радою з інженерних і фізичних наук (EPRSC), також зменшує потребу у звичайних флуоресцентних мітках – хімічних речовинах, які використовуються для вивчення клітинної біології під мікроскопом – які можуть бути шкідливими для клітин людини у великих дозах.

Про результати повідомляється в новій статті під назвою «Фононне зображення в 3D за допомогою волоконного зонда», опублікованій в журналі Nature, Light: Science & Applications.

Автор статті Сальваторе Ла Кавера, докторський співробітник EPSRC з Дослідницької групи оптики та фотоніки Університету Ноттінгема, сказав про ультразвукову систему візуалізації: «Ми вважаємо, що вона здатна вимірювати жорсткість зразка, його біосумісність і його ендоскопічний потенціал, доступ до нанорозміру, ось що відрізняє його. Ці функції створюють технологію для майбутніх вимірювань всередині тіла; до кінцевої мети мінімально інвазивної діагностики на місці».

Зараз на стадії прототипу неінвазивний інструмент візуалізації, описаний дослідниками як «фононний зонд», можна вставляти в стандартний оптичний ендоскоп, який являє собою тонку трубку з потужним світлом і камерою на кінці, яка проникли в організм, щоб знайти, проаналізувати та оперувати ракові ураження, серед багатьох інших захворювань. Поєднання оптичних і фононних технологій може бути вигідним; прискорення клінічного робочого процесу та зменшення кількості інвазивних тестових процедур для пацієнтів.

Можливості 3D-карт

Подібно до того, як лікар може провести фізичне обстеження, щоб відчути аномальну «жорсткість» тканин під шкірою, яка може вказувати на пухлини, фононний зонд перенесе цю концепцію «3D-карти» на клітинний рівень.

Скануючи ультразвуковий зонд у просторі, він може відтворити тривимірну карту жорсткості та просторових особливостей мікроскопічних структур на та під поверхнею зразка (наприклад, тканини); він робить це за допомогою потужності для зображення невеликих об’єктів, як великомасштабний мікроскоп, і контрасту для диференціації об’єктів, як ультразвуковий зонд.

«Методики, здатні вимірювати, чи є пухлинна клітина жорсткою, були реалізовані за допомогою лабораторних мікроскопів, але ці потужні інструменти громіздкі, нерухомі та непридатні для клінічних умов, пов’язаних із пацієнтом. Нанорозмірна ультразвукова технологія в ендоскопічній потужності готова зробити цей стрибок», – додає Сальваторе Ла Кавера.

Як це працює?

Нова ультразвукова система візуалізації використовує два лазери, які випромінюють короткі імпульси енергії, щоб стимулювати та виявляти вібрації в зразку. Один із лазерних імпульсів поглинається шаром металу – наноперетворювачем (який працює шляхом перетворення енергії з однієї форми в іншу), виготовленим на кінчику волокна; процес, у результаті якого високочастотні фонони (звукові частинки) потрапляють у зразок. Потім другий лазерний імпульс стикається зі звуковими хвилями, процес, відомий як бріллюенівське розсіювання. Виявивши ці «зіткнуті» лазерні імпульси, форму звукової хвилі, що поширюється, можна відтворити та відобразити візуально.

Виявлена звукова хвиля кодує інформацію про жорсткість матеріалу та навіть його геометрію. Ноттінгемська команда першою продемонструвала цю подвійну здатність за допомогою імпульсних лазерів і оптичних волокон.

Потужність пристрою для обробки зображень зазвичай вимірюється найменшим об’єктом, який може побачити система, тобто роздільною здатністю. У двох вимірах фононний зонд може «розрізняти» об’єкти порядку 1 мікрометра, подібно до мікроскопа; але в третьому вимірі (висота) він забезпечує вимірювання в масштабі нанометрів, що є безпрецедентним для волоконно-оптичної системи зображення.

Майбутні програми

У статті дослідники демонструють, що технологія сумісна як з одним оптичним волокном, так і з 10-20,000 1 волокон пучка зображень (діаметром XNUMX мм), який використовується у звичайних ендоскопах.

Отже, вищої просторової роздільної здатності та широких полів зору можна регулярно досягати, збираючи інформацію про жорсткість і просторову інформацію з кількох різних точок зразка, без необхідності переміщати пристрій – створюючи новий клас фононних ендоскопів у межах досяжності.

Окрім клінічної охорони здоров’я, такі галузі, як точне виробництво та метрологія, можуть використовувати цей інструмент високої роздільної здатності для перевірки поверхонь і визначення характеристик матеріалів; додаткове або замінне вимірювання для існуючих наукових приладів. Технології, що розвиваються, такі як 3D-біодрук і тканинна інженерія, також можуть використовувати фононний зонд як вбудований інструмент перевірки, інтегруючи його безпосередньо у зовнішній діаметр друкувальної голки.

Далі команда розроблятиме серію програм для візуалізації біологічних клітин і тканин у співпраці з Ноттінгемським центром травних захворювань та Інститутом біофізики, візуалізації та оптики Ноттінгемського університету; з метою створення життєздатного клінічного інструменту в найближчі роки.

# # #

####

Про Ноттінгемський університет
Університет Ноттінгема – це університет, який займається інтенсивними дослідженнями, і має горду спадщину, незмінно входить до 100 найкращих у світі. Навчання в Університеті Ноттінгема – це досвід, який змінює життя, і ми пишаємося тим, що розкриваємо потенціал наших студентів. У нас є новаторський дух, виражений у баченні нашого засновника сера Джессі Бута, який бачив, як ми ведемо шлях у створенні кампусів у Китаї та Малайзії – частини всесвітньої мережі освіти, досліджень і промисловості. Сучасне обладнання університету та забезпечення інклюзивного спорту та спорту для людей з обмеженими можливостями відображається в його статусі The Times і Sunday Times Good University Guide 2021 Спортивний університет року. Згідно з REF 2014, ми посідаємо восьме місце за дослідницькою потужністю у Великій Британії. У нас є шість маяків наукової досконалості, які допомагають змінити життя та змінити світ; ми також є головним роботодавцем і галузевим партнером – локально та глобально. Разом з Університетом Ноттінгема Трент ми керуємо ініціативою «Університети для Ноттінгема» — піонерською співпрацею, яка об’єднує сили та громадські місії двох університетів світового рівня Ноттінгема та співпрацює з місцевими громадами та партнерами, щоб допомогти у відновленні та відновленні після COVID-19. пандемія.

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Емма Лоурі
44-011-584-67156

Більше інформації можна отримати у Salvatore La Cavera III

@UoNPressOffice

Авторське право © Ноттінгемський університет

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка: