Wissenschaftler der University of Nottingham haben einen einzigartigen Bildsensor entwickelt, der im menschlichen Körper eingesetzt werden kann, um dreidimensionale Karten zellulärer Strukturen zu erstellen.
Der Prototyp, der Laser und Schallwellen in optischen Fasern kombiniert, die nicht dicker als ein menschliches Haar sind, kann mit Standardendoskopen verwendet werden, um Anomalien in Zellen zu erkennen, die auf Krebs hinweisen.
Es wurde als der weltweit erste faseroptische Ultraschallwandler beschrieben, der von einem Team an der Universität von Nottingham entwickelt wurde. Es wurde als klinische Lösung für einige der mit der Zellbildgebung verbundenen Nachteile konzipiert. Heutzutage erfordert dies große und komplexe wissenschaftliche Instrumente in Forschungslabors und verwendet häufig fluoreszierende Markierungen, die mit Chemikalien hergestellt wurden, die in ausreichend großen Dosen eine Gefahr für menschliche Zellen darstellen können.
„Methoden zur Messung der Tumorzellsteifigkeit wurden mithilfe von Labormikroskopen implementiert. Diese leistungsstarken Instrumente sind jedoch umständlich, unbeweglich und passen sich nicht an die klinische Umgebung des Patienten an“, sagt Teammitglied Salvatore La Cover.
Der neue Bildsensor ist mit einem Laserpaar ausgestattet, von denen einer mithilfe einer Metallschicht am Ende der Faser in hochfrequente Schallpartikel umgewandelt wird, die als Phononen bezeichnet werden. Diese Phononen werden in das umgebende Gewebe gepumpt, wodurch Schallwellen gestreut werden, die dann mit einem zweiten Laser kollidieren. Durch die Analyse dieser Kollisionen kann das System die Form einer sich bewegenden Schallwelle visuell nachbilden, wodurch die vorteilhaften Eigenschaften der Zellen, durch die es gegangen ist, sichtbar werden.
Dies umfasst vor allem sowohl die Geometrie als auch die Steifigkeit. Daher vergleicht das Team sein neues Tool damit, wie Ärzte Anomalien und Steifheit unter der Haut erkennen können, die auf Krebs hinweisen könnten.
Der neue Ultraschallsensor kann jedoch eine dreidimensionale Karte erstellen, die die Steifheit und räumlichen Merkmale von Strukturen im Nanobereich zeigt, wobei die Bilder ähnlich oder sogar detaillierter sind als die eines Mikroskops.
Das winzige Abbildungsgerät kann an einer einzelnen optischen Faser befestigt oder in Bündel von 10 bis 20.000 Fasern integriert werden, die in herkömmlichen Endoskopen verwendet werden, sagen Wissenschaftler. Diese Geräte bestehen aus dünnen Röhren, die mit Lampen und Kameras ausgestattet sind, die in den Körper eingeführt werden können, um nach Anzeichen von Krankheiten zu suchen. Das Team hofft, dass sie durch die Kombination mit ihrem neuen Sensor neue Möglichkeiten in der klinischen Diagnostik eröffnen.
"Wir glauben, dass die Fähigkeit des Systems, Probensteifigkeit, Biokompatibilität und endoskopisches Potenzial beim Zugriff auf die Nanoskala zu messen, es von anderen unterscheidet", sagen die Forscher. „Diese Funktionen optimieren die Technologie für zukünftige Messungen im Körper. auf das ultimative Ziel der minimalinvasiven Diagnostik am Point of Care zu. “
Das Team erforscht derzeit das Potenzial seines Instruments in der Zell- und Gewebebildgebung, kann aber auch zur Inspektion von Oberflächen und zur Charakterisierung von Materialien verwendet werden.
Die Studie wurde in der Zeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht.
2021-05-04 17:10:42
Autor: Vitalii Babkin