Разработанное учеными Северо-Западного университета устройство, называемое детектором с микрокольцевым резонатором, может определять скорость кровотока и скорость метаболизма кислорода в задней части глаза. Эта информация может помочь диагностировать такие распространенные и изнурительные заболевания, как дегенерация желтого пятна и диабет.Устройство Micro-Ring основано на новаторской работе профессора Хао Ф. Чжана в 2006 году по разработке фотоакустической визуализации, которая объединяет звуковые и световые волны для создания изображений биологических материалов. Техника визуализации широко используется как для фундаментальных биологических исследований, так и для клинической диагностики, от наноскопической визуализации клеток до скрининга рака груди человека.
В течение трех лет Чжан, адъюнкт-профессор биомедицинской инженерии, работал с Ченг Сун, адъюнкт-профессором машиностроения, и их аспирантами Бицин Донгом и Хао Ли над созданием детектора микрокольцевого резонатора.«Мы считаем, что с этой технологией методы оптического ультразвукового обнаружения будут играть все более важную роль в фотоакустической визуализации сетчатки и во многих биомедицинских приложениях», — сказал Чжан.Результатом работы команды над устройством стала обзорная статья, опубликованная в выпуске журнала Transactions on Biomedical Engineering за январь 2017 года.
В 2006 году Чжан изучал новые технологии визуализации сетчатки, когда доктор Амани Фавзи, ныне доцент офтальмологии в Северо-западной медицинской школе Файнберга, обратился к нему с просьбой создать новое диагностическое устройство, которое могло бы измерять биологическую активность в задней части глаза.«Нам нужно было устройство с достаточно большой пропускной способностью для пространственного разрешения», — сказал Чжан. «И он должен был быть оптически прозрачным, чтобы свет мог свободно проходить».
«Устройства ультразвукового обнаружения того времени обычно были громоздкими, непрозрачными и недостаточно чувствительными. И у них была ограниченная полоса пропускания», — сказал Сан. «Он мог запечатлеть только часть того, что происходило в глазу».Чтобы решить задачу Фавзи, команде потребовалось разработать принципиально другой тип детектора — достаточно маленький, чтобы его можно было использовать с человеческими глазами, достаточно мягкий, чтобы его можно было интегрировать в контактную линзу, и при этом генерировать сверхвысокое разрешение в сотни мегагерц.
«Проблема заключалась в том, чтобы изготовить его, подогнать под размер контактной линзы и сохранить работоспособность», — сказал Сан.Сначала команда рассмотрела устройство, которое помещает детектор размером с иглу на веко, но этот метод не был идеальным. Затем они пришли к идее крошечного кольца, имплантированного в одноразовую контактную линзу, которую носят во время диагностики.Однако эта идея добавила дополнительную проблему — сделать устройство прозрачным.
После почти трех лет работы они создали пластиковый микрокольцевый резонатор — прозрачное устройство диаметром 60 микрометров и высотой 1 микрон. Есть движение к использованию его с пациентами.
Команда продолжает улучшать устройство при поддержке Northwestern, Национальных институтов здравоохранения, Аргоннской национальной лаборатории и Национального научного фонда.По мере распространения информации об устройстве около десятка ученых из самых разных областей обратились к команде с просьбой адаптировать его для своей работы.
Например:- Урологи хотят использовать эту систему для изучения оптики клеток рака груди, информации, которая может привести к новым методам лечения.- Нейробиологи заинтересованы в использовании микрокольцевого резонатора в качестве окна в мозг грызунов в качестве способа изучения лекарственной защиты коры головного мозга во время различных точек инсульта. «Обычно исследователи используют чистый кусок стекла, но это позволяет получать гораздо больше типов изображений», — сказал Чжан.
— Геологи стремятся использовать эту технологию для исследования земной коры и землетрясений. «Получение известий от геолога — это было сюрпризом», — добавил он.