Krewetka modliszka znana jest przede wszystkim z kulistego ciosu, który zainspirował zarówno super mocne materiały kompozytowe do przyszłej zbroi, jak i wirusowy komiks internetowy o ciekawym skorupiaku. Ale okazuje się, że oczy zwierzęcia są tak samo interesujące, jak jego pazury.
powiązana zawartość
- Jemioła lekarska: czy roślina wakacyjna może naprawdę zwalczyć raka?
Grupa naukowców pracuje nad sposobem modelowania złożonych oczu krewetek modliszki i spolaryzowanego widzenia, aby stworzyć kamerę, która może wykrywać różne formy raka. Mają teraz czujnik koncepcyjny aparatu, który jest mniejszy, prostszy i bardziej precyzyjny niż poprzednie próby obrazowania spolaryzowanego.
Grupa interdyscyplinarna, w tym neurobiolog z University of Queensland, Australia, inżynier komputerowy z Washington University w St. Louis oraz inni z University of Maryland, hrabstwo Baltimore i University of Bristol w Anglii, niedawno opublikowali pracę w Postępowanie IEEE (Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników) .
Krewetki modliszki, podobnie jak niektóre owady, kałamarnice i inne głowonogi, mogą dostrzec różnice w spolaryzowanym świetle - to jest świetle, które promieniuje w różnych płaszczyznach kierunku - w podobny sposób, w jaki możemy zobaczyć kontrast między czarną ścianą a białym stół. Zwierzęta wykorzystują tę zdolność do wykrywania zdobyczy, znajdowania partnera i unikania jedzenia.
Ale światło spolaryzowane może być również użyte do zobaczenia rzeczy, których ludzkie oko nie potrafi, takich jak komórki rakowe. Badania zespołu pokazują, że jego czujnik ma zdolność wykrywania zmian nowotworowych, zanim komórki staną się wystarczająco liczne, aby pojawić się jako widoczne guzy.
Czujnik obrazowania polaryzacyjnego, podobny do typów czujników obrazowania już używanych w smartfonach, jest wystarczająco mały, aby robić zdjęcia raka w ciele człowieka. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, profesor informatyki i inżynierii na Uniwersytecie Waszyngtońskim, którego laboratorium pracowało nad zbudowaniem czujnika, mówi, że komórki rakowe są dobrze widoczne w spolaryzowanym świetle, ponieważ ich niezorganizowane i inwazyjne struktury rozpraszają światło inaczej niż normalne komórki ciała.
Podczas gdy naukowcy w przeszłości tworzyli spolaryzowane urządzenia do obrazowania, są one zwykle duże, wykorzystują wiele czujników i są złożone, ponieważ wymagają prawidłowej pracy optyki, inżynierii i fizyki. To oczywiście oznacza również, że instrumenty są bardzo drogie.
Ale łącząc postępy w nanotechnologii, maleńkie czujniki CMOS (uzupełniające tlenek metalu-półprzewodnik) powszechne w smartfonach i podstawy działania systemu wizyjnego krewetek modliszki, zespół był w stanie stworzyć znacznie prostszy czujnik obrazowania. Czujnik mniejszy niż grosz jest bardzo czuły i może wykryć komórki rakowe wcześniej niż poprzednie próby obrazowania spolaryzowanego, wykorzystując zarówno zdjęcia, jak i wideo. Gruev mówi, że jego doktorant, Timothy York, główny autor na papierze, wykonał większość pracy z aparatem i jego potencjalnymi zastosowaniami medycznymi.
Na tym obrazie endoskopowym okrężnicy myszy czujnik pokazuje tkankę nowotworową na niebiesko, a zdrowa tkanka na żółto. (IEEE) (IEEE) Na przykład w przypadku raka jelita grubego lekarz zwykle używa endoskopu w celu znalezienia tkanki wyglądającej na nowotworową, a następnie wykonuje biopsję. Ale rak musi być na pewnym etapie rozwoju, zanim będzie wyglądał inaczej niż ludzkie oko. Obrazowanie spolaryzowane może wykryć komórki rakowe znacznie wcześniej, ale poprzednie urządzenia do obrazowania były zbyt duże, aby mogły być używane w ten sposób wcześniej.
„Przeszliśmy z posiadania wielu kamer do rozwiązania jednoukładowego”, mówi Gruev. „Trudno jest umieścić wiele kamer na endoskopie i robić zdjęcia. Dzięki naszemu urządzeniu wszystkie filtry znajdują się w kamerze i przechodzi z czegoś, co siedzi na twojej ławce optycznej, do tego, który znajduje się na końcu endoskopu. ”
Aparat może drastycznie zmniejszyć potrzebę wykonywania biopsji - ale dopóki technologia nie zostanie dopracowana, zakres, w jakim będzie to robić, nie jest jasny.
Justin Marshall, neurobiolog z University of Queensland i inny autor artykułu, wnieśli do projektu swoją wiedzę specjalistyczną na temat krewetek modliszki. Badał wizję krewetek od ponad 25 lat. Zarówno on, jak i Gruev zgadzają się, że jednym z kolejnych wyzwań będzie znalezienie sposobu na włączenie tradycyjnego widzenia kolorów również do czujnika. W obecnej postaci czujnik widzi różnice w polaryzacji, ale nie kolory, które widzimy. Jest to problem dla lekarzy, którzy pewnego dnia mogą używać tego rodzaju czujnika, ponieważ zwykle używają wskazówek wizualnych, aby poprowadzić ich podczas delikatnych procedur. Ale krewetki mogłyby również pomóc w tym zakresie.
„[Krewetek modliszki] wydaje się być bardzo szczególny w sposobie zbierania informacji, zarówno pod względem koloru, jak i polaryzacji”, mówi Marshall. „Machają oczami, aby przesunąć czujnik po świecie, trochę jak skanowanie satelitarne. Mogą tam być jakieś sztuczki, z których możemy również pożyczyć. ”
Marshall uważa, że czujnik może być najpierw użyty do badania przesiewowego pacjentów pod kątem raka okrężnicy, ponieważ jest to szczególny obszar, nad którym pracował jego zespół, i taki, w którym rozmiar i złożoność innych spolaryzowanych kamer obrazujących stanowiły problem w przeszłości. Prostsze zakresy polaryzacji są już stosowane do sprawdzania raka skóry w Australii, gdzie u dwóch na trzy osoby zdiagnozowano chorobę przed 70. rokiem życia. Naukowcy eksperymentują również z użyciem spolaryzowanego światła w celu zwiększenia kontrastu tkanek, aby pomóc lekarzom w określeniu, gdzie należy rozpocząć i zatrzymać cięcie podczas operacji.
Ponieważ układ inspirowany krewetkami jest tak kompaktowy i łatwy w użyciu, technologia może trafić do urządzeń przenośnych, a nawet smartfonów. Jeśli tak się stanie, mówi Marshall, ludzie mogą pewnego dnia samodzielnie monitorować raka i zmniejszyć obciążenie przeciążonych systemów opieki zdrowotnej.
Chociaż technologia spolaryzowanego obrazowania ma duży potencjał, Gruev twierdzi, że wciąż pozostaje wiele do zrobienia, zarówno w zakresie wykrywania kolorów, jak i udoskonalania czułości wykrywania polaryzacji w celu zwiększenia rozdzielczości i jeszcze lepszego wykrywania poważnych choroby wcześnie.
„Właśnie zastanawiamy się, jak możemy spojrzeć na biologię i zbudować systemy obrazowania, które mogą pomóc w diagnozowaniu raka i innych chorób”, mówi.
