Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Разрабатывается сверхчувствительная фотоакустическая микроскопия для широкого биомедицинского применения

Разрабатывается сверхчувствительная фотоакустическая микроскопия для широкого биомедицинского применения
Разрабатывается сверхчувствительная фотоакустическая микроскопия для широкого биомедицинского применения

Фотоакустическая микроскопия оптического разрешения — это перспективный метод биомедицинской визуализации для изучения широкого спектра заболеваний, таких как рак, диабет и инсульт. Но его недостаточная чувствительность долгое время была препятствием для его более широкого применения.

Недавно исследовательская группа из Городского университета Гонконга (CityU) разработала мультиспектральную систему фотоакустической микроскопии со сверхнизкими дозами со значительным улучшением предела чувствительности системы , что позволит использовать ее в новых биомедицинских приложениях и клиническом применении в будущем. Результаты были опубликованы в журнале Advanced Science под названием «Функциональная и молекулярная фотоакустическая микроскопия сверхнизких доз».

Фотоакустическая микроскопия

Это метод биомедицинской визуализации, который сочетает в себе ультразвуковое обнаружение и лазерно -индуцированные фотоакустические сигналы для создания детальных изображений биологической ткани. Когда биологическая ткань облучается импульсным лазером, она генерирует ультразвуковые волны, которые затем детектируются и преобразуются в электрические сигналы для визуализации. Этот метод позволяет достичь разрешения до капиллярного или субклеточного уровня на большей глубине, чем традиционные методы оптической микроскопии. Однако недостаточная чувствительность препятствует более широкому применению технологии.

«Высокая чувствительность важна для получения высококачественных изображений. Она помогает обнаружить хромофоры (молекулы, которые придают цвет материалам путем поглощения определенных длин волн видимого света), которые не сильно поглощают свет. Это также помогает уменьшить фотообесцвечивание и фототоксичность, уменьшить возмущения в биологические ткани деликатных органов и расширить выбор недорогих маломощных лазеров широкого спектра», — пояснил профессор Ван Лидай, доцент кафедры биомедицинской инженерии CityU.

Например, при офтальмологическом обследовании для большей безопасности и комфорта предпочтительнее использовать лазер малой мощности. Он добавил, что долгосрочный мониторинг фармакокинетики или кровотока требует визуализации с низкими дозами, чтобы уменьшить нарушения функций тканей.

Чтобы преодолеть проблему чувствительности, профессор Ван и его исследовательская группа недавно разработали многоспектральную систему фотоакустической микроскопии со сверхнизкими дозами (SLD-PAM), которая выходит за пределы чувствительности традиционной фотоакустической микроскопии, значительно повышая чувствительность примерно в 33 раза.

Они достигли прорыва, объединив усовершенствование конструкции фотоакустического датчика и инновационный алгоритм четырехмерного спектрально-пространственного фильтра для вычислений. Они улучшили конструкцию датчика, используя изготовленную по индивидуальному заказу в лаборатории акустическую линзу с высокой числовой апертурой, оптимизировав объединитель оптических и акустических лучей, а также улучшив оптическую и акустическую юстировку. В SLD-PAM также используется недорогой многоволновой импульсный лазер, обеспечивающий 11 длин волн в диапазоне от зеленого до красного света. Лазер работает на частоте повторения до мегагерца, а время переключения спектра составляет субмикросекунды.

Чтобы продемонстрировать значимость и новизну SLD-PAM, команда тщательно протестировала его с помощью визуализации животных in vivo при сверхнизкой энергии импульса с источниками зеленого и красного света, что привело к замечательным результатам.

Во-первых, SLD-PAM позволил получить высококачественную анатомическую и функциональную визуализацию in vivo. Сверхнизкая мощность лазера и высокая чувствительность значительно уменьшили искажения при визуализации глаз и мозга, открывая возможности для клинической интерпретации. Во-вторых, без ущерба для качества изображения SLD-PAM снизил фотообесцвечивание примерно на 85% за счет меньшей мощности лазера и позволил использовать гораздо более широкий спектр молекулярных и нанозондов. Кроме того, стоимость системы значительно ниже, что делает ее более доступной для исследовательских лабораторий и клиник.

«SLD-PAM позволяет неинвазивно визуализировать биологическую ткань с минимальным ущербом для субъектов, предлагая мощный и многообещающий инструмент для анатомической, функциональной и молекулярной визуализации», — сказал профессор Ван. «Мы считаем, что SLD-PAM может способствовать развитию применения фотоакустической визуализации, открыть множество новых биомедицинских приложений и открыть новые возможности для клинического применения».

Затем профессор Ван и его исследовательская группа проверят более широкий спектр малых молекул и генетически закодированных биомаркеров с помощью биологической визуализации с использованием системы SLD-PAM. Они также планируют использовать больше типов маломощных источников света в более широком спектре для разработки носимых или портативных микроскопов.

Теги: биотехнологии, диабет, инсульт

В тренде