Новый безлинзовый эндоскоп обеспечивает 3D-изображение субклеточных структур без традиционной оптики

Оптическое общество, Вашингтон, округ Колумбия

Исследователи разработали новый самокалибровающийся эндоскоп, который создает трехмерные изображения объектов размером менее одной клетки без линз или каких-либо оптических, электрических или механических компонентов. Кончик эндоскопа имеет диаметр всего 200 микрон — примерно ширину нескольких человеческих волос, скрученных вместе. Будучи минимально инвазивным инструментом для визуализации особенностей живых тканей, чрезвычайно тонкий эндоскоп может использоваться в различных исследовательских и медицинских целях.

Исследователи разработали новый самокалибровающийся эндоскоп, который создает трехмерные изображения объектов размером меньше одной клетки. (Фото:Царске, ТУ Дрездена, Германия)

Обычные эндоскопы используют камеры и источники света для захвата изображений внутри тела. В последние годы исследователи разработали альтернативные способы захвата изображений через оптические волокна, устраняя необходимость в громоздких камерах и других громоздких компонентах и ​​позволяя использовать значительно более тонкие эндоскопы. Однако, несмотря на свои многообещающие свойства, эти технологии страдают от ограничений, таких как неспособность выдерживать колебания температуры или изгиб и скручивание волокна.

Основным препятствием на пути практического применения этих технологий является то, что они требуют сложных процессов калибровки — во многих случаях во время сбора изображений по волокну. Чтобы решить эту проблему, исследователи добавили тонкую стеклянную пластину толщиной всего 150 микрон к концу пучка когерентных волокон — типа оптического волокна, которое обычно используется в эндоскопии. Пучок когерентных волокон, использованный в эксперименте, имел ширину около 350 микрон и состоял из 10 000 сердцевин.

Когда центральная сердцевина волокна освещается, она излучает луч, который отражается обратно в пучок волокон и служит виртуальной путеводной звездой для измерения того, как передается свет. Это известно как функция оптической передачи, которая предоставляет важные данные, которые система использует для оперативной калибровки.

Ключевым компонентом новой установки является пространственный модулятор света, который используется для управления направлением света и обеспечения удаленной фокусировки. Пространственный модулятор света компенсирует оптическую передаточную функцию и изображение на оптоволокне. Обратно отраженный свет от пучка волокон улавливается камерой и накладывается на опорную волну для измерения фазы света. Положение виртуальной опорной звезды определяет фокус инструмента, минимальный диаметр фокуса составляет примерно один микрон. Исследователи использовали адаптивную линзу и 2D-зеркало гальвометра, чтобы сместить фокус и обеспечить сканирование на разной глубине.

Команда протестировала свое устройство, используя его для получения трехмерного изображения образца под покровным стеклом толщиной 140 микрон. Сканируя плоскость изображения за 13 шагов на расстоянии более 400 микрон со скоростью изображения 4 цикла в секунду, устройство успешно отображало частицы в верхней и нижней части 3D-образца. Однако его фокус ухудшался по мере увеличения угла зеркала гальвометра. Исследователи предполагают, что будущая работа может устранить это ограничение. Кроме того, использование сканера гальвометра с более высокой частотой кадров может обеспечить более быстрое получение изображений.

Этот подход обеспечивает как калибровку в реальном времени, так и визуализацию с минимальной инвазивностью, что важно для 3D-визуализации in-situ, механических манипуляций с клетками в лаборатории на чипе, оптогенетики глубоких тканей in vivo и технических проверок замочной скважины.

Для получения дополнительной информации обращайтесь:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.