Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17 ноября
Сколтех
218

Оптоакустический томограф настроили углеродными «нано-гуслями»

4.6

Ученые из Сколтеха создали решение для экспресс-проверки корректного функционирования оптоакустических микроскопов и томографов — аппаратов, которые при помощи ультразвука и лазерного излучения видимого и инфракрасного диапазонов, без рентгена, обнаруживают злокачественные опухоли молочной железы и имеют потенциал для раннего обнаружения рака кожи и — при эндоскопическом исполнении — для определения типа атеросклеротических бляшек. Описанная в ACS Photonics тест-система впервые обеспечивает экспресс-диагностику оборудования для оптоакустической визуализации сразу в трех измерениях и подходит для аппаратов с различными рабочими длинами волн и разным разрешением, вплоть до 10 микрометров.

Оптоакустический томограф настроили углеродными «нано-гуслями» / ©Getty images

Оптоакустическая визуализация — новый вид медицинской диагностики, который уже одобрен в США для скрининга рака молочной железы и в перспективе может иметь весьма широкое применение, вплоть до поиска атеросклеротических бляшек внутри сосудов предложенным в Сколтехе «эндоскопом-стробоскопом». Преимущества оптоакустики — возможность настройки при визуализации на конкретные биомолекулы и отсутствие вредной радиации.

Оптоакустические микроскопы и томографы сочетают в своей работе свет и звук. «Допустим, нужно визуализировать сеть кровеносных сосудов или даже капилляров. Это можно сделать приняв от определенных клеток крови, эритроцитов, ультразвуковой сигнал акустическим датчиком — микрофоном, работающим на ультразвуковых частотах, — пояснил один из двух руководителей исследования, профессор Сколтеха Дмитрий Горин.

— Чтобы заставить эритроциты „звучать“, их освещают импульсным (мигающим) лазером с длительностью импульса единицы наносекунд, настроенным на такую длину волны, на которой свет хорошо поглощается молекулами гемоглобина в эритроцитах. Поглощая энергию каждого лазерного импульса, эритроцит трансформирует её в нагрев и деформируется, становясь источником ультразвуковых колебаний, которые распространяются в биологической ткани с минимальным затуханием и могут быть обнаружены акустическими датчиками».

Хотя оптоакустическая визуализация для ранней диагностики рака молочной железы уже получила одобрение американского регулятора и используется в клиниках, у персонала нет удобного, стандартного и простого решения для экспресс-проверки работоспособности системы.

«Мы придумали тестовый объект, который подходит и для медицинских, и для лабораторных оптоакустических систем, в том числе мультиспектральных, которые настроены на несколько длин волн. Наша система позволяет оператору установки оперативно понять, работает ли система в необходимом режиме и обеспечивает ли она необходимую чувствительность и пространственное разрешение», — прокомментировала работу ее первый автор, аспирант Центра фотоники и фотонных технологий Маргарита Четыркина.

Тестовый образец в чем-то похож на струнные инструменты вроде гуслей и представляет собой рамку, в которой натянуты на разной высоте несколько струн. Каждая из них является волокном из одностенных углеродных нанотрубок — этот материал, в свою очередь, состоит из свернутых в цилиндры листов графена, то есть слоя углерода толщиной в один атом со структурой шестиугольных сот.

За счет дополнительной модификации струн, в частности скручивания струны из двух волокон, оказалось возможным количественно оценить нижний предел пространственного разрешения прибора, который или сможет различить структуру жгута, или же «увидит» такую струну как прямую линию. Это позволяет использовать калибровочную систему как для оптоакустических микроскопов с 10-микрометровым разрешением, так и для томографов с большей глубиной проникновения и меньшим разрешением — сотни микрометров, или десятые миллиметра.

Поскольку в рамке на разной высоте натянуто несколько струн, ее можно использовать для проверки разрешения визуализации сразу в трех измерениях, что выгодно отличает новую калибровочную систему от ранее описанных в литературе.

«Важное преимущество углеродных нанотрубок над материалами, использованными в ранее описанных калибровочных системах, — трубки поглощают свет в широком диапазоне, а значит, такая проверка подходит для мультиспектральных устройств, которые облучают ткань сразу на нескольких длинах волн», — добавила автор исследования, аспирант Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Юлияна Цветинович.

В проекте принимали участие ученые Сколтеха из Лаборатории наноматериалов под руководством профессора Альберта Насибулина и из Лаборатории биофотоники — под руководством профессора Дмитрия Горина. Помимо Сколтеха, вклад в работу сделали исследователи из Саратовского национального исследовательского государственного университета и финской компании «Канату Лимитед». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
11 часов назад
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

3 декабря
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Сегодня, 09:22
Василий Парфенов

Аббревиатура ЖКХ хорошо знакома каждому россиянину. За ней скрывается целый спектр привычных образов. При этом цифровизация и применение искусственного интеллекта в этом контексте вспоминаются далеко не первыми. Сфера коммунальных услуг не чужда высоким технологиям, просто они не всегда заметны пользователю. Naked Science рассказывает, как искусственный интеллект, большие данные, нейросети и машинное обучение делают городскую инфраструктуру надежнее и эффективнее.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

2 декабря
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

3 декабря
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: