Вчені з Ноттінгемського університету розробили перший у своєму роді датчик зображення, призначений для розгортання всередині людського тіла для побудови тривимірних карт клітинних структур.
Прототип пристрою, який об'єднує лазери і звукові хвилі в оптичному волокні товщиною не більше людського волосся, можна використовувати разом зі стандартними ендоскопами для виявлення аномалій в клітинах, що вказують на рак.
Описаний як перший у світі волоконно-оптичний ультразвуковий датчик, розроблений командою Ноттінгемського університету, був задуманий як клінічне рішення деяких недоліків, пов'язаних з візуалізацією клітин. В даний час для цього потрібні великі і складні наукові інструменти в дослідницьких лабораторіях, а також часто використовуються флуоресцентні мітки, виготовлені з хімічними речовинами, які в досить великих дозах можуть становити небезпеку для людських клітин.
«Методи, що дозволяють виміряти жорсткість пухлинної клітини, були реалізовані за допомогою лабораторних мікроскопів, але ці потужні інструменти громіздки, нерухомі і не адаптуються до клінічних умов, в яких знаходиться пацієнт», - говорить член команди дослідників Сальваторе Ла Кавера.
Новий датчик зображення оснащений парою лазерів, один з яких перетворюється на високочастотні звукові частинки, звані фононами, за допомогою металевого шару на кінці волокна. Ці фонони накачуються в навколишню тканину, що викликає розсіювання звукових хвиль, які потім стикаються з другим лазером. Аналізуючи ці зіткнення, система може візуально відтворити форму біжучої звукової хвилі, яка може виявити корисні характеристики клітин, через які вона пройшла.
Що особливо важливо, це включає в себе як геометрію, так і жорсткість. Таким чином, команда вчених порівнює свій новий інструмент з тим, як лікарі можуть фізично відчувати аномалії і жорсткість під шкірою, які можуть вказувати на рак.
Однак новий ультразвуковий датчик може створювати тривимірну карту, що показує жорсткість і просторові особливості структур, вимірених у наномасштабі, з аналогічними або навіть більш детальними зображеннями, ніж у мікроскопа.
За словами вчених, крихітний пристрій візуалізації може бути прикріплений до одного оптичного волокна або інтегрований в пучки з 10 - 20 000 волокон, що використовуються в звичайних ендоскопах. Ці пристрої складаються з тонких трубок, оснащених лампами і камерами, які можна вставити в тіло для пошуку ознак захворювання, і команда сподівається, що, об'єднавши їх зі своїм новим датчиком, вони відкриють нові можливості в області клінічної діагностики.
«Ми вважаємо, що здатність системи вимірювати жорсткість зразка, його біосумісність і ендоскопічний потенціал при доступі до наномасштабу - ось те, що відрізняє її від інших», - кажуть дослідники. "Ці особливості налаштовують технологію для майбутніх вимірювань всередині тіла; до кінцевої мети мінімально інвазивної діагностики в місцях надання медичної допомоги.
Зараз команда вивчає потенціал свого інструменту в області візуалізації клітин і тканин, але його також можна використовувати для контролю поверхні та визначення характеристик матеріалів.
Дослідження було опубліковано в журналі Light: Science & Applications.