• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17.11.2022
Сколтех
302

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
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

Позавчера, 14:56
Илья

Команда ученых, работавшая вместе со съемочной группой National Geographic в отдаленных районах Амазонки, обнаружила ранее не задокументированный вид гигантской анаконды.

21 февраля
Ольга Иванова

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

Позавчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: