Российские ученые сделали еще один шаг к созданию оптоакустического эндоскопа — зонда, который сможет анализировать атеросклеротические бляшки в сосудах за счет

быстро мигающего лазера. Разная длина волны света будет заставлять вибрировать клетки разных типов, и таким образом ученые могут считывать состав бляшки при помощи ультразвукового микрофона. Исследование опубликовано в журнале ACS Photonics.

Optoacoustic Effect in a Hybrid Multilayered Membrane Deposited on a Hollow-Core Microstructured Optical Waveguide

Modern imaging technologies, including optoacoustic endoscopy, are based on the optoacoustic effect. Much promise is offered by the all-optical fiber-based approach, because fiber has a miniature cross section, is highly sensitive, and can be used in a variety of imaging and therapeutic techniques. We developed a probe based on a hollow-core microstructured optical waveguide (HC-MOW) with a hybrid nanostructured membrane. 
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.1c01311

Оптоакустическая визуализация — перспективная технология медицинской диагностики. Ее суть заключается в том, что исследуемая ткань облучается импульсами лазера на длине волны, на которой поглощает свет вещество-биомаркер. Им может быть гемоглобин, коллаген или даже вода. Поглощая свет, вещество нагревается и расширяется, но в интервалах между вспышками успевает сжаться обратно. Периодическое расширение вызывает механические колебания, в том числе на очень высоких частотах, порождая ультразвук. Оптоакустика позволяет избежать использование ионизирующего излучения и выборочно визуализировать конкретные биомаркеры.

В этом году FDA одобрило оптоакустическую диагностическую систему для скрининга рака молочной железы. Однако аппарат не предназначен для введения в тело, что мешает использовать технологию в случаях, когда свет не может проникнуть достаточно глубоко. Российские ученые под руководством исследователей Сколтеха разработали новый зонд, который представляет собой оптоволокно, доставляющее вспышки света. На кончике зонда расположена крошечная мембрана микрофона. Система включает сразу два лазера: импульсы первого доходят до конца зонда, проходят сквозь мембрану и возбуждают биомаркеры, заставляя их генерировать акустические волны. Ультразвук вызывает колебания мембраны, которые считываются другим лазером.

«Как микрофон, только вместо электричества — свет, — рассказывает первый автор работы Никита Кайданов. — В качестве мембраны микрофона мы использовали 100-нанометровую пленку из углеродных нанотрубок. А чтобы можно было считать с нее сигнал лазером, на мембрану напылено брэгговское зеркало из диоксидов титана и кремния. В итоге мы можем зарегистрировать, как колеблющееся вместе с мембраной зеркало модулирует сигнал лазера».

Еще одно новшество, привнесенное исследователями, — микроструктурированное волокно с полой сердцевиной, предоставленное промышленным партнером Сколтеха, ООО НПП. По центру зонда, по всей его длине, имеется полость, которая меняет оптические характеристики прибора. В частности, становится возможным проводить свет в среднем инфракрасном диапазоне, который позволяет визуализировать дополнительные биомаркеры.

Исследование приближает создание рабочего оптоакустического эндоскопа. В том числе работа показывает влияние нагрева от зеркала лазером на показатель преломления. Эта информация нужна для корректной интерпретации сигнала.

Следующим шагом станет попытка принять реальный ультразвуковой сигнал от биомаркеров в образце и доказать, что устройство работает.

Источник: https://inscience.news/ru/article/russian-science/8268