Výzkumní pracovníci, kteří optická zařízení vyskočili z laboratoře a do klinice, aby zjistili, že rakovina je v nejstarších stádiích

Our Miss Brooks: Exchanging Gifts / Halloween Party / Elephant Mascot / The Party Line (Červen 2019).

Anonim

V článku publikovaném v Nature Scientific Reports, tým výzkumníků z Worcester Polytechnic Institute (WPI) ukázal, jak může být miniaturizováno zařízení, které využívá paprsků světla k zachycení a manipulaci s drobnými předměty, včetně jednotlivých buněk, přenosná zařízení dostatečně malá, aby byla vložena do krevního oběhu, aby zachytila ​​jednotlivé rakovinové buňky a diagnostikovala rakovinu v jejích nejranějších stádiích.

Technika, známá jako optická pinzeta, využívá optické paprsky laserového světla k vytvoření atraktivního silového pole, které může držet nebo zachytit malé předměty na místě bez fyzického kontaktu. Tradiční optické pinzety zaostří světlo velkým a drahým objektivem, což činí zařízení velkým a náchylným na kolísání okolního prostředí. Tato omezení umožňují, aby optické pinzety nebyly použitelné mimo laboratoř.

Ve svém dokumentu o vědeckých zprávách ("objektivní čočka bez vláknové detekce polohy s rozlišením nanometrů v systému optického zachycování optických vláken") vedl Yuxiang "Shawn" Liu, odborný asistent strojního inženýrství, vysvětluje, jak to bylo schopnost vyměnit čočky malými optickými vlákny a miniaturizovat zařízení.

"V současné době testujete rakovinu, musíte počkat, dokud nebude ve vzorku krve viditelný nádor nebo dostatečný objem rakovinných buněk, " řekl. "V té době může být rakovina pokročila, ale rakovina začíná jedinými buňkami, kdy by lékaři mohli tyto buňky oddělit od milionů krevních buněk, mohli bychom zjistit rakovinu mnohem dříve - v místě, kde to není vidět jinými technikami. může předem diagnostikovat měsíce nebo dokonce léta a léčbu mnohem úspěšnější. "

Nejprve se ukázalo, že v 80. letech se optické pinzety staly kritickým nástrojem pro vědce v oblasti biologie, chemie a fyziky, kteří provádějí experimenty na molekulární a buněčné úrovni. Vzhledem k tomu, že mohou zachytit malé předměty a udržet je na svém místě, a to od kontaktu s něčím, co by mohlo změnit jejich stav nebo funkci, mohou být pinzety umožňující studovat materiály nebo jednotlivé buňky bez jejich odstranění z jejich přirozeného prostředí.

Zatímco zařízení by mohly být užitečné například v terénu (např. Pro testování vzorků vody nebo půdy) nebo v nemocnicích a ordinacích lékařů, je jejich současný návrh příliš velký (asi 2 až 3 ft široký a asi 2 metry široký) a příliš citlivé (jejich přesnost může být ovlivněna světelným proudem vzduchu), aby byly užitečné mimo vysoce řízené laboratorní nastavení.

Chcete-li, aby byl přístroj menší, lehčí a přenosnější, rozhodl se Liu nahradit čočku skleněnými optickými vlákny. Ale vzhledem k tomu, že optické vlákno je extrémně tenké (kolem šířky lidského vlasu), jeho špička je příliš malá, aby působila jako čočka, takže jediné vlákno nemůže zaostřit laserový paprsek dostatečně intenzivně, aby vytvořil optickou past. Liu zjistil, že by mohl vytvořit trojrozměrnou optickou past s použitím dvou vláken, které by projevovaly protínající se paprsky světla. Tímto způsobem mohl držet malý sférický předmět na svém místě, přičemž současně určoval svou polohu nanometrickou přesností a měřil pevnost zádržného systému na předmětu.

"To dokazuje, že pro vytvoření pasti nepotřebujeme objektiv, " řekl Liu, který pracuje na tomto projektu asi 12 let. "Chceme-li mít malý, přenosný systém, potřebujeme pouze optické vlákna, aby zachytily a měřily buňky."

Pomocí optických vláken Liu řekl, že dokáže vytvořit optické pinzety, které jsou robustnější a 100krát menší než tradiční verze. Při dalším výzkumu uvedl, že věří, že dokáže vytvořit klinické zařízení o velikosti pravidelné stříkačky, která by mohla být vložena do cévy, aby zachytila ​​jednotlivé buňky. Říkal, že pinzety mohou být dokonce součástí laboratoře s rozměry poštovních známek, které integruje několik laboratorních funkcí na integrovaný obvod. Čipy mohou být prodávány v lékárnách, aby se pacienti mohli testovat doma.

Liu spolupracuje s Qi Wenem, docentem fyziky, a Songbai Ji, docentem biomedicínského inženýrství. Doktorští studenti Chaoyang Ti (strojírenství), Yao Shen (strojírenství) a Minh-Tri Ho-Thanh (fyzika) jsou také součástí výzkumného týmu.

Zatímco klinické aplikace vláknové optické pinzety mohou trvat několik let, výzkumný tým pracuje na dalším vylepšení svého zařízení, vytváření nového balíčku na ochranu křehkých špiček optických vláken a na to, aby pinzety byly uživatelsky příjemnější pro jiné výzkumných pracovníků. Rovněž pracují na hledání malých laserových zdrojů s nízkou cenou a optických detektorů.

menu
menu