Подход MIT решает давнюю проблему рассеяния света в биологических тканях и других сложных материалах.
Проблема получения изображений глубоких слоев биологических тканей долгое время оставалась сложной.
Свет обычно рассеивается через сложный материал, такой как биологическая ткань, и отражается от него, пока не возвращается обратно под разными углами.
Это нарушает фокусировку оптических микроскопов, уменьшая как разрешение, так и глубину изображения.
Использование света с большей длиной волны помогает уменьшить рассеяние, но также снижает разрешение.
Теперь, вместо того, чтобы пытаться избежать дисперсии, исследователи из Массачусетского технологического института разработали технологию, которая использует это явление.
Технология, которую они описывают в статье, опубликованной в журнале Science, использует рассеяние света для улучшения разрешения изображения в 10 раз по сравнению с существующими системами.
Возможности обычных микроскопов ограничены.
дифракционный предел , что не позволяет сфокусироваться точнее определенного разрешения.
Новая технология позволяет получать изображения с «оптическим сверхразрешением», преодолевающим это ограничение.
Его можно использовать для улучшения биомедицинских изображений, например, за счет более точного фокусирования на раковых клетках в тканях.
Его также можно комбинировать с оптогенетический технологии для возбуждения определенных клеток мозга.
Его можно даже использовать в квантовых вычислениях, говорит Донгу Ким, аспирант машиностроения Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи.
Исследователи впервые предложили этот метод в 2007 году — формируя световую волну перед отправкой ее в ткань особым образом, можно обратить вспять процесс рассеяния и сфокусировать свет в одной точке.
Однако долгое время воспользоваться этим методом не удавалось из-за сложности сбора информации о рассеянии света в таких сложных материалах, как биологические ткани.
Чтобы получить эту информацию, исследователи разработали различные технологии создания «северных звезд» — сигналов обратной связи, исходящих из определенных точек ткани, которые позволяют правильно концентрировать свет. Но до сих пор эти подходы обеспечивали разрешение, не достигающее дифракционного предела, говорит Ким.
Чтобы улучшить разрешение, Ким и соавтор Дюрк Энглунд, доцент кафедры электротехники и информатики Массачусетского технологического института и исследовательской лаборатории электроники, разработали так называемый квантовый эталонный маяк (QRB).
OKM создаются с использованием азотзамещенные вакансии в алмазе (NV-центры).
Эти крошечные молекулярные дефекты в кристаллической решетке алмаза проявляют естественную флуоресценцию, то есть излучают свет при возбуждении лазерным лучом.
Более того, когда РКМ подвергается воздействию магнитного поля, каждый из них резонирует на своей определенной частоте.
Посылая микроволновый сигнал в образец ткани на той же резонансной частоте, что и наблюдаемая для конкретного РКМ, исследователи могут избирательно изменять его флуоресценцию.
«Представьте себе пилота, пытающегося ночью провести корабль к месту назначения», — говорит Ким.
«Если он увидит три маяка, подающих им сигнал, он может запутаться».
Но если один из маяков мигнет намеренно, он сориентируется сам», — говорит он.
В этом смысле центры НВ действуют как маяки, излучая флуоресцентный свет. Модулируя флуоресценцию определенного маяка, исследователи создают сигнал включения/выключения и могут определить местоположение этого маяка в ткани.
«Мы можем определить место, откуда исходит свет, и понять, как свет рассеивается в сложных материалах», — говорит Ким.
Затем исследователи объединяют информацию со всех RCM, чтобы создать точный профиль картины рассеяния в ткани.
Используя эту картинку с пространственный модулятор света - устройство, используемое для создания голограмм посредством манипулирования светом - лазерному лучу можно заранее придать форму, чтобы компенсировать рассеяние, происходящее внутри ткани.
Затем лазер может сфокусироваться с сверхвысоким разрешением на точке внутри ткани.
Применительно к биологическим проблемам исследователи предполагают, что можно будет вводить взвешенные наноалмазы в ткани, что будет играть роль контрастное вещество , используемый в некоторых методах визуализации тканей.
Или молекулярные метки, прикрепленные к алмазным наночастицам, могут доставлять их к определенным типам клеток.
По словам Кима, OCM также можно использовать в качестве кубитов для квантовых датчиков и квантовой обработки информации.
«OCM можно использовать как квантовые биты для хранения квантовой информации, поэтому мы можем заниматься квантовыми вычислениями», — говорит она.
Получение изображений сверхвысокого разрешения в средах со сложным рассеянием ранее затруднялось отсутствием «путеводных звезд», которые показывают свое положение с субдифракционной точностью, говорит Воншик Чой, профессор физики Корейского университета, не связанный с исследованием.
«Исследователи разработали элегантный метод использования ОКМ на основе NV-центров в наноалмазах в качестве таких путеводных звезд», — говорит он.
«Эта работа открывает новые возможности для получения изображений глубоких слоев тканей со сверхвысоким разрешением и обработки квантовой информации в наноустройствах размером меньше длины волны».
Теперь исследователи надеются изучить возможность использования квантовой запутанности и других типов полупроводников в качестве ОКМ, говорит Ким.
Теги: #нанотехнологии #Биотехнологии #наноалмазы #изображения тканей
-
Как Сбросить Забытый Пароль Google
19 Oct, 24 -
Танзания
19 Oct, 24 -
Публикация Кавер-Версий
19 Oct, 24
