26.03.2013 | Наука

Самый тонкий в мире эндоскоп разглядел отдельные клетки

Эндоскоп – прибор для изучения внутренних органов человека – стал толщиной с волос. Таким его сделали инженеры из Стэнфордского университета (Stanford University).

Их новое изобретение может произвести настоящую революцию в медицине. Главным его преимуществом стала способность распознавать отдельные раковые клетки и проникать в мозг без негативных последствий для организма.

Как правило, такие приборы состоят либо из одного относительно толстого провода, либо из тысяч оптических волокон, каждое из которых выдаёт не более одного пикселя конечного изображения. Одни волокна подсвечивают рассматриваемую область, а другие записывают и передают изображение на монитор. Главной задачей стэнфордских инженеров было создать эндоскоп из одного мультифункционального оптоволокна.

Возникла проблема: качество изображения могло пострадать, из-за того что фотоны движутся разными путями − каждый в своём направлении. Чтобы её решить, учёные добавили к конструкции пространственный модулятор света. Он посылает луч лазера (в отличие от обычного света он узконаправлен) разными путями. В результате луч, выходящий из волокна, образует неравномерную картину. При этом отражённая часть света возвращается обратно в волокно.
Компьютерная программа анализирует получаемую картинку, используя среди прочего данные о возвращённом луче.

Результат работы нового прибора превзошёл все ожидания учёных: эндоскоп способен рассматривать в подробностях объекты, размер которых не превышает 2,5 микрометров, а это всего треть от диаметра эритроцита. Другие современные устройства могут "разглядеть" объекты размером 10 микрометров, а невооружённый глаз человека − всего 125 микрометров.

Кроме того, разрешение созданного в Стэнфорде прибора достигает 80 тысяч пикселей на микрометр (у конкурентов показатели куда скромнее – 10 тысяч пикселей на три микрометра).

Правда, есть у нового устройства один существенный недостаток – волокно эндоскопа нельзя сгибать (картинка становится неразличимой), а значит, будет ограничена область применения прибора.

Подробное описание нынешнего устройства было опубликовано в журнале Optical Express.

Ведущий автор исследования Джозеф Каан (Joseph Kahn) сообщает в пресс-релизе: "Никто даже не мог себе представить эндоскоп, состоящий всего из одного волокна, но мы попытались. И у нас всё получилось!"

Несмотря на то, что работа прибора уже сейчас восхищает многих, разработчики обещают усовершенствовать эндоскоп, чтобы он мог видеть объекты диаметром до 0,3 микрометра. Исследователи также попробуют сделать свой прибор гибким.

Нынешнее устройство пригодится для прямого наблюдения за микроскопическими структурами в живых организмах, например, для анализа активности клеток нервной системы в мозге или для изучения работы мышечных волокон, а также для детектирования различных форм злокачественных опухолей.

По публикациям UkrNet