Разработана технология фокусировки света в глубине биологических тканей

Источник: phys.org

Возможность фокусирования лучей света внутри биологических тканей позволит сделать многие лечебные и диагностические процедуры менее инвазимными. Врачи смогут выполнять некоторые операции, не разрезая кожу, и наблюдать раковые опухоли в теле при помощи процедуры, которая не сложнее обычного УЗИ. Объединенная команда специалистов Калифорнийского технологического института (Caltech) и Университета Вашингтона в Сент-Луисе (WUSTL) США разработала технологию, которая может стать основой нового направления в медицине. В данном исследовании использовались результаты предыдущей работы одного из соавторов проекта — профессора Лихон Вана из WUSTL. Его группа некоторое время назад разработала методику, позволяющую «видеть» сквозь непрозрачный образец биологической ткани.

Ученые направляли поток света через образец и записывали полученный рассеянный свет на голографическую пластину. Запись содержала всю информацию о том, как свет рассеивается, проходя сквозь ткань. Воспроизводя запись в обратном направлении, исследователи посылали свет на другую сторону ткани, и смогли проследить его путь к первоисточнику. Таким образом, им удалось провести луч света сквозь слой ткани без эффекта размытия. В новой работе, при участии профессора Чангху Янга из Caltech, технология была значительно модернизирована. Ученые поставили перед собой задачу сфокусировать свет в определенной области ткани и решили ее при помощи ультразвука. Ультразвук способен проникать сквозь биологические образцы на значительную глубину. Кроме этого, он может незначительно изменять частоту световой волны, то есть ее цвет (акустооптический эффект). Сосредоточив ультразвуковые колебания в небольшой области внутри образца ткани, исследователи направили на образец световое излучение синего цвета. Проходя сквозь область действия ультразвука, свет стал зеленым.

Зеленая часть потока рассеянного света была записана и отправлена обратно, по технологии Лихон Вана. Таким образом, зеленое излучение было сфокусировано в той точке, на которую воздействовал ультразвук. Глубина фокусировки составила 2,5 мм. Казалось бы, не слишком много, но предыдущее достижение в этой области — всего 1 мм. Как пояснил еще один участник исследования, доктор Венеамин Юдкевич, им удалось преодолеть основные концептуальные препятствия для эффективной фокусировки света глубоко внутри ткани. В дальнейшем, при улучшении оптоэлектронной аппаратуры, используемой для записи и воспроизведения света, глубина фокусировки может достичь 10 см. Если же удастся увеличить мощность сфокусированного луча, он может стать эффективной альтернативой традиционному скальпелю. По словам профессора Янга, новая методика может использоваться также для запуска флуоресценции, применяемой во многих биомедицинских исследованиях, и для фотодинамической терапии рака.