Lille bitte, blød, gennemsigtige nanofabricerede enheder blev til ultrafølsomme mikrofoner

En lillebitte, transparent enhed, der kan passe ind i en kontaktlinse, har en lys fremtid, muligvis hjælpe en række videnskabelige bestræbelser fra biomedicin til geologi.

Udviklet af Northwestern University forskere, enheden, kaldet Micro-ring resonator detektor, kan bestemme hastigheden af ​​blodgennemstrømningen og iltmetabolismen på bagsiden af ​​øjet. Disse oplysninger kan hjælpe med at diagnosticere sådanne almindelige og invaliderende sygdomme som makuladegeneration og diabetes.

Mikro-ring-enheden bygger på professor Hao F. Zhangs banebrydende arbejde i 2006 med at udvikle fotoakustisk billeddannelse, som kombinerer lyd- og lysbølger til at skabe billeder af biologiske materialer. Billedteknikken bliver bredt undersøgt for både grundlæggende biologiske undersøgelser og klinisk diagnose, fra nanoskopisk cellulær billeddannelse til screening af human brystkræft.

I tre år, Zhang, lektor i biomedicinsk teknik, arbejdede sammen med Cheng Sun, lektor i maskinteknik, og deres postdoktorer Biqin Dong og Hao Li til at skabe Mikro-ring resonator detektor.

"Vi mener, at med denne teknologi, optiske ultralydsdetekteringsmetoder vil spille en stadig vigtigere rolle i fotoakustisk billeddannelse for nethinden og mange biomedicinske applikationer, "Sagde Zhang.

Teamets arbejde med enheden resulterede i en gennemgangsartikel, udgivet i januar 2017 -udgaven af ​​tidsskriftet Transaktioner på biomedicinsk teknik .

I 2006, Zhang udforskede nye nethindebilledteknologier, da Dr. Amani Fawzi, nu lektor i oftalmologi ved Northwestern's Feinberg School of Medicine, henvendte sig til ham for at oprette en ny diagnostisk enhed, der kunne måle biologiske aktiviteter bag på øjet.

"Vi havde brug for en enhed, der havde stor nok båndbredde til rumlig opløsning, "Zhang sagde." Og det skulle være optisk gennemsigtigt for at lade lyset gå frit igennem. "

"Datidens ultralydsdetekteringsenheder var normalt omfangsrige, uigennemsigtig, og ikke følsom nok. Og de havde begrænset båndbredde, "Sun sagde." Det kunne kun fange en del af det, hvad der skete i øjet. "

For at imødekomme Fawzis udfordring, teamet havde brug for at udvikle en radikalt anden type detektor - lille nok til at kunne bruges med menneskelige øjne, blød nok til at blive integreret i en kontaktlinse og alligevel generere en superhøj opløsning på hundredvis af megahertz.

"Problemet var at fremstille det, få det til at passe i størrelsen på en kontaktlinse, og få det til at fungere stadig, "Sagde Sun.

Først, holdet overvejede en enhed, der placerede den nålestore detektor på øjenlåget, men den metode var ikke ideel. Næste, de landede på tanken om en lille ring implanteret i en engangs kontaktlinse, der blev båret under diagnosen.

Imidlertid, den idé tilføjede en ekstra udfordring - at gøre enheden gennemsigtig.

Efter næsten tre års arbejde, de skabte plastik-mikro-ringresonatoren, en gennemsigtig enhed, der er 60 mikrometer i diameter og 1 mikron høj. Der er bevægelse mod at bruge det med patienter.

Teamet fortsætter med at forbedre enheden med support fra Northwestern, National Institutes of Health, Argonne National Laboratory, og National Science Foundation.

Når ordet breder sig om enheden, omkring et dusin forskere fra forskellige områder har henvendt sig til teamet om at tilpasse det til deres eget arbejde. For eksempel:

• Onkologer ønsker at bruge systemet til at studere brystkræftcellernes optik, oplysninger, der kan føre til nye behandlinger.
• Neurovidenskabsfolk er interesserede i at bruge Micro-ringresonatoren som et vindue i gnaverhjerner som en måde at studere lægemiddelbeskyttelse for cortex på forskellige punkter i et slagtilfælde. "Typisk, forskere bruger et rent stykke glas, men dette giver mulighed for mange flere former for billeddannelse, "Sagde Zhang.
• Geologer sigter mod at bruge teknologien til at undersøge jordskorpen og jordskælvet. "At høre fra en geolog - det var en overraskelse, " han tilføjede.