諾丁漢大學(xué)研發(fā)探測癌癥細(xì)胞的光纖超聲波成像傳感器

諾丁漢大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種全球首創(chuàng)的光纖超聲波探針成像傳感器，旨在部署在人體內(nèi)部以建立細(xì)胞結(jié)構(gòu)的三維地圖。該原型器件在一根不比頭發(fā)粗的光纖中結(jié)合了激光和聲波技術(shù)，可與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)窺鏡一起使用，以揭示細(xì)胞中指示癌癥的異常情況。

諾丁漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的光纖超聲波探針被描述為世界首創(chuàng)，是作為解決細(xì)胞成像的一些缺陷的臨床方案而設(shè)想的。目前，這需要在研究實(shí)驗(yàn)室中使用大型和復(fù)雜的科學(xué)儀器，而且還經(jīng)常涉及到用化學(xué)品制成的熒光標(biāo)簽，這些化學(xué)品在足夠大的劑量下會對人體細(xì)胞構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。

團(tuán)隊(duì)成員Salvatore La Cavera III博士說："能夠測量腫瘤細(xì)胞是否已經(jīng)形成和惡化的技術(shù)已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)室顯微鏡實(shí)現(xiàn)，但這些強(qiáng)大的工具使用起來很麻煩，不能移動，而且無法適應(yīng)面向病人的臨床環(huán)境。"內(nèi)窺鏡能力的納米級超聲波技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)這一飛躍"。

該成像傳感器具有一對激光器，其中一個激光器被纖維頂端的金屬層轉(zhuǎn)化為稱為聲子的高頻聲音粒子。這些聲子被泵送到周圍的組織中，這會讓聲波發(fā)生散射，然后與第二個激光器碰撞。通過分析這些碰撞，該系統(tǒng)可以直觀地再現(xiàn)行進(jìn)中的聲波的形狀，這可以揭示出它所經(jīng)過的細(xì)胞的有用特征。

最為關(guān)鍵的是這包括幾何形狀和硬度。通過這種方式，該團(tuán)隊(duì)將其新工具比作醫(yī)生可能通過物理方式來感受皮膚下的異常和硬度，這可能是癌癥的跡象。然而，它的超聲波探頭可以產(chǎn)生一個三維地圖，揭示在納米尺度上測量的結(jié)構(gòu)的硬度和空間特征，其細(xì)節(jié)與顯微鏡圖像相似，甚至更多。

利用新型光纖超聲波探針傳感器構(gòu)建的模型生物細(xì)胞的三維圖(下)與傳統(tǒng)的顯微鏡圖像(上)的比較

據(jù)科學(xué)家們介紹說，這種微小的成像器件可以安裝在一根光纖上，也可以集成到傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡中使用的10-20000根光纖束中。這些設(shè)備由配備有燈光和攝像頭的細(xì)管組成，可以插入體內(nèi)搜索疾病的跡象，該團(tuán)隊(duì)希望通過將它們與他們的新探針相結(jié)合，可以在臨床診斷領(lǐng)域開辟新的可能性。

該系統(tǒng)測量標(biāo)本的硬度、生物相容性和與內(nèi)窺鏡完美結(jié)合的潛力，同時(shí)還能夠讓醫(yī)學(xué)觀察進(jìn)入納米尺度，是它的與眾不同之處，這些特點(diǎn)為將來在體內(nèi)進(jìn)行測量奠定了基礎(chǔ);實(shí)現(xiàn)了微創(chuàng)醫(yī)療點(diǎn)診斷的最終目標(biāo)。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在探索該工具在細(xì)胞和組織成像方面的應(yīng)用潛力，但設(shè)想它在精密制造方面也有價(jià)值，可用于表面檢查和材料表征。