Оптоакустический томограф настроили углеродными «нано-гуслями»
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.
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».
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно