Δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες στην Αυστραλία παρουσίασαν σημαντικές καινοτομίες στον τομέα της απεικόνισης, οι οποίες υπόσχονται να επιταχύνουν τις διαγνωστικές διαδικασίες και να σμικρύνουν τον απαιτούμενο εξοπλισμό. Ερευνητές του Κέντρου Αριστείας TMOS ανέπτυξαν μια προηγμένη μεταεπιφάνεια που ενσωματώνει διπλή λειτουργικότητα σε ένα μόνο τσιπ για μικροσκοπική απεικόνιση φάσης. Παράλληλα, επιστήμονες του Πανεπιστημίου Monash δημιούργησαν μια νέα τεχνική ακτινών Χ, η οποία επιτρέπει την ταυτόχρονη εξέταση δύο αλληλοκαλυπτόμενων δειγμάτων, διπλασιάζοντας την αποδοτικότητα της σάρωσης.
- Ερευνητές του TMOS ανέπτυξαν μεταεπιφάνεια που εκτελεί ποσοτική μικροσκοπία φάσης (QPM) χωρίς μετακίνηση εξαρτημάτων.
- Επιστήμονες του Πανεπιστημίου Monash δημιούργησαν τη μέθοδο DSI για ταυτόχρονη απεικόνιση δύο δειγμάτων με ακτίνες Χ.
- Οι νέες τεχνικές υπόσχονται φορητές διαγνωστικές συσκευές και διπλασιασμό της ταχύτητας βιομηχανικών και ιατρικών ελέγχων.
Τα εμπόδια των παραδοσιακών συστημάτων απεικόνισης
Στις φυσικές επιστήμες, τη βιολογία και την ιατρική, η οπτική εξέταση διαφανών μικροσκοπικών οργανισμών ή εσωτερικών δομών υλικών απαιτεί εξειδικευμένες μεθόδους. Η μικροσκοπία φάσης επιτρέπει την παρατήρηση δειγμάτων χωρίς την ανάγκη χρωστικών ουσιών που καθυστερούν τη διαδικασία και ενδέχεται να αλλοιώσουν το δείγμα. Ωστόσο, τα υπάρχοντα συστήματα αντιμετωπίζουν συμβιβασμούς ανάμεσα στο μέγεθος της συσκευής, την ακρίβεια και τον χρόνο λειτουργίας. Στον τομέα των ακτινών Χ, η επικάλυψη αντικειμένων θεωρούνταν μέχρι σήμερα εμπόδιο, απαιτώντας διαδοχικές σαρώσεις που αυξάνουν τον συνολικό χρόνο εξέτασης.
Η ανάγκη για ταχύτερη διάγνωση και μικρότερο μέγεθος οργάνων οδήγησε τους επιστήμονες στην αναζήτηση λύσεων που συγχωνεύουν πολλαπλές λειτουργίες σε μία μόνο φάση.
Οι δύο επιστημονικές ανακαλύψεις στην Αυστραλία
Η πρώτη καινοτομία, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nanophotonics από ερευνητές των RMIT University και University of Melbourne στο πλαίσιο του TMOS, αφορά μια «μη τοπική» μεταεπιφάνεια. Υπό την καθοδήγηση της καθηγήτριας Ann Roberts και του υποψήφιου διδάκτορα Haiwei Wang, η ομάδα κατάφερε να σχεδιάσει δομές νανοκλίμακας που ευαισθητοποιούνται σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Αυτό επιτρέπει τη διεξαγωγή Ποσοτικής Μικροσκοπίας Φάσης (QPM) για τη μέτρηση του δείκτη διάθλασης και του ξηρού βάρους ιστών, συλλέγοντας δεδομένα από δύο διαφορετικές κατευθύνσεις χωρίς τη φυσική περιστροφή ή αντικατάσταση εξαρτημάτων.
Η δεύτερη εξέλιξη προέρχεται από το Πανεπιστήμιο Monash και τη δημοσίευση της ομάδας της Δρος Marie-Christine Zdora στο περιοδικό Optica. Η τεχνική Dual-Sample Multimodal Imaging (DSI) χρησιμοποιεί τη δομή του ενός δείγματος ως μέρος του συστήματος απεικόνισης του άλλου. Έτσι, μια μόνο σάρωση ακτινών Χ καταγράφει ταυτόχρονα πληροφορίες απορρόφησης, αντίθεσης φάσης και σκοτεινού πεδίου και για τα δύο αλληλοκαλυπτόμενα αντικείμενα.
Αυτό σημαίνει ότι η αποτελεσματικότητα της διαγνωστικής σάρωσης μπορεί να διπλασιαστεί χωρίς απώλεια στην ποιότητα της παραγόμενης εικόνας.
Τα επόμενα βήματα και οι μελλοντικές εφαρμογές
Για το μέλλον, οι ερευνητές των δύο ιδρυμάτων έχουν θέσει συγκεκριμένους στόχους εμπορικής και εργαστηριακής αξιοποίησης. Η ομάδα του TMOS εκτιμά ότι η μεταεπιφάνεια μπορεί να ενσωματωθεί σε φορητές συσκευές σημείου φροντίδας (point-of-care), ακόμη και σε μικροσκόπια προσαρμοσμένα σε έξυπνα τηλέφωνα. Αυτή η εξέλιξη αναμένεται να διευκολύνει τη διάγνωση ασθενειών όπως η δρεπανοκυτταρική αναιμία, διάφορες μορφές καρκίνου και νευροεκφυλιστικές παθήσεις. Πριν από την ευρεία εφαρμογή, ωστόσο, απαιτείται η ξεπέραση εμποδίων που σχετίζονται με το κόστος κατασκευής και τον υποστηρικτικό εξοπλισμό.
Από την πλευρά της, η ομάδα του Πανεπιστημίου Monash σχεδιάζει την επέκταση της τεχνικής DSI σε τρισδιάστατη απεικόνιση. Παράλληλα, προγραμματίζεται η μεταφορά της τεχνολογίας από τις εγκαταστάσεις σύγχροτρον σε συμβατικά εργαστηριακά συστήματα ακτινών Χ. Αυτό θα επιτρέψει την πρακτική εφαρμογή της στον έλεγχο μικροηλεκτρονικών εξαρτημάτων, σύνθετων υλικών, φαρμακευτικών προϊόντων και συσκευασμένων τροφίμων.
Πώς πιστεύετε ότι η σμίκρυνση και η επιτάχυνση των διαγνωστικών εργαλείων θα επηρεάσει τη φροντίδα των ασθενών στο μέλλον; Μοιραστείτε τις σκέψεις σας στα σχόλια.
