Последние новости
Главная / Медицина / Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Группа ученых-медиков и инженеров из университета Аделаиды, Австралия, и университета Штутгарта, Германия, разработали и создали опытный образец устройства, толщиной с человеческий волос, которое можно назвать самой маленькой камерой и самым маленьким трехмерным сканером в мире на сегодняшний день. Во время испытаний эта камера была помещена внутрь сосудов кровеносной системы подопытных грызунов и созданные при ее помощи трехмерные изображения, обладающие очень высокой разрешающей способностью, позволили напрямую увидеть внешние признаки некоторых заболеваний.

Основой этой камеры является нить тончайшего оптоволокна, заключенная в специальную защитную оболочку. При помощи технологии трехмерной микропечати на торце оптоволокна создано зеркало, расположенное под углом в 45 градусов к плоскости волокна, и крошечная линза, диаметр которой равен 0.13 миллиметра, слишком маленькая для того, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Второй конец оптоволокна подключен с устройством-сканером оптической когерентной томографии (optical coherence tomography, OCT). Технология OCT — это технология 3D-сканирования, разработанная изначально для составления «карт» сетчатки глаза, в ней используется свет близкого инфракрасного диапазона, позволяющий «заглянуть» вглубь тканей, измеряя разницу между опорным и сканирующим лучами света. В результате этого получаются трехмерные изображения, на которых видно не только поверхность, но и структуру тканей под поверхностью в высочайшей разрешающей способности.

Получившееся устройство, эндоскоп, является настолько маленьким, что его можно ввести внутрь кровеносного сосуда, медленно вращая и перемещая вдоль, получать изображение внутренней поверхности сосуда и тканей на глубину в половину миллиметра. Это, в свою очередь, позволяет увидеть микротрещины, отложения жиров, холестерина и других веществ, которые «растут» на стенках кровеносных сосудов и являются причиной многих заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Как уже упоминалось выше, первые испытания крошечного эндоскопа были проведены на подопытных грызунах, после чего было получено добро на испытания системы на человеке. Эти испытания показали, что использование линзы, изготовленной при помощи высокоточного метода, позволяет сканеру получать глубину изображения в пять раз большую, чем это могут обеспечить подобные устройства, созданные ранее. Более того, гибкость и миниатюрность устройства позволит проникнуть и произвести сканирование в самых труднодоступных местах и получить изображение не только кровеносных сосудов, но и нервных тканей, к примеру.

Машины-монстрывсе о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Смотрите также

Новый квантовый материал: теллурид марганца и висмута

Новый квантовый материал: теллурид марганца и висмута
Монокристалл материала марганцево-висмут-теллурид длиной чуть менее миллиметра. Это первый антиферромагнитный топологический изолятор. (Изображение: А. Исаева, TU Dresden / Лейбниц IFW)

Международный консорциум химиков и физиков открыл новый тип квантового материала с магнитными и топологическими свойствами. Это особенно интересно для применений в спинтронике, двумерном магнетизме и квантовом транспорте, поскольку не требует легирования и сильных внешних магнитных полей.

С момента своего открытия в 2009 году топологические изоляторы стали горячей темой в физике материалов. Что в них особенного, так это то, что они могут действовать как изоляторы и как электрические проводники одновременно. Хотя внутри кристаллов имеется электроизоляционное состояние, поверхности кристаллов являются электропроводящими.

Большой научный интерес к топологическим изоляторам связан с новыми квантовыми состояниями, которые можно наблюдать в этом классе материалов. Как своего рода питательная среда для новых квазичастиц и экзотических квантовых явлений, они представляют собой серьезную проблему для теоретического описания, а также для синтеза и экспериментальных исследований.

Особые усилия предпринимаются для изучения взаимодействия топологических фаз в магнитных топологических изоляторах. Исследователи из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене и ТУ Дрездена разработали методику, которая использовалась для выращивания первых монокристаллов магнитного топологического материала теллурида марганца висмута.

Это вещество структурно сходно с классическим топологическим изолятором, теллуридом висмута, но также имеет периодическую подрешетку из атомов марганца. При температуре ниже 24 Кельвин эти атомы марганца образуют упорядоченную трехмерную магнитную решетку.

Коллеги по теории из Испании обнаружили, что существенные топологические свойства теллурида марганца-висмута обусловлены тригональной кристаллической структурой и антиферромагнитной связью промежуточных слоев. Нетривиальная топология проявляется в поверхностных состояниях, которые экспериментаторы из Вюрцбурга и Санкт-Петербурга изучали независимо друг от друга с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением.

Все части этой головоломки кратко изложены в недавно опубликованной статье в журнале Nature. В результате подтверждается, что теллурид марганца висмута является первым антиферромагнитным топологическим изолятором ниже его температуры Нееля, то есть в температурном диапазоне, в котором устанавливается длиннопространственный магнитный порядок.

Это открытие имеет большое значение для возможного применения топологических изоляторов. Новый материал висмут-марганец-теллурид открывает возможность обойтись без легирования и сильных внешних магнитных полей, так как магнетизм уже внутренне заложен в стехиометрическом соединении.

МеткиКвантовая физика

По материалам

new-science.ru

Новый квантовый материал: теллурид марганца и висмута
Монокристалл материала марганцево-висмут-теллурид длиной чуть менее миллиметра. Это первый антиферромагнитный топологический изолятор. (Изображение: А. Исаева, TU Dresden / Лейбниц IFW)

Международный консорциум химиков и физиков открыл новый тип квантового материала с магнитными и топологическими свойствами. Это особенно интересно для применений в спинтронике, двумерном магнетизме и квантовом транспорте, поскольку не требует легирования и сильных внешних магнитных полей.

С момента своего открытия в 2009 году топологические изоляторы стали горячей темой в физике материалов. Что в них особенного, так это то, что они могут действовать как изоляторы и как электрические проводники одновременно. Хотя внутри кристаллов имеется электроизоляционное состояние, поверхности кристаллов являются электропроводящими.

Большой научный интерес к топологическим изоляторам связан с новыми квантовыми состояниями, которые можно наблюдать в этом классе материалов. Как своего рода питательная среда для новых квазичастиц и экзотических квантовых явлений, они представляют собой серьезную проблему для теоретического описания, а также для синтеза и экспериментальных исследований.

Особые усилия предпринимаются для изучения взаимодействия топологических фаз в магнитных топологических изоляторах. Исследователи из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене и ТУ Дрездена разработали методику, которая использовалась для выращивания первых монокристаллов магнитного топологического материала теллурида марганца висмута.

Это вещество структурно сходно с классическим топологическим изолятором, теллуридом висмута, но также имеет периодическую подрешетку из атомов марганца. При температуре ниже 24 Кельвин эти атомы марганца образуют упорядоченную трехмерную магнитную решетку.

Коллеги по теории из Испании обнаружили, что существенные топологические свойства теллурида марганца-висмута обусловлены тригональной кристаллической структурой и антиферромагнитной связью промежуточных слоев. Нетривиальная топология проявляется в поверхностных состояниях, которые экспериментаторы из Вюрцбурга и Санкт-Петербурга изучали независимо друг от друга с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением.

Все части этой головоломки кратко изложены в недавно опубликованной статье в журнале Nature. В результате подтверждается, что теллурид марганца висмута является первым антиферромагнитным топологическим изолятором ниже его температуры Нееля, то есть в температурном диапазоне, в котором устанавливается длиннопространственный магнитный порядок.

Это открытие имеет большое значение для возможного применения топологических изоляторов. Новый материал висмут-марганец-теллурид открывает возможность обойтись без легирования и сильных внешних магнитных полей, так как магнетизм уже внутренне заложен в стехиометрическом соединении.

МеткиКвантовая физика

По материалам

new-science.ru

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Одним из самых перспективных направлений микро- и нано-робототехники является целевая доставка лекарственных препаратов, осуществляемая при помощи крошечных роботов, двигающихся в теле человека по кровеносным сосудам. Самой последней разработкой в этом направлении являются микророботы-лейкоциты, созданные исследователями из института Макса Планка, Германия. И главным отличием новых микророботов от всех, что были созданы ранее, является то, что новые роботы, которые являются «технологическим воплощением» лейкоцитов, способны передвигаться в направлении, противоположном направлению кровотока в кровеносных сосудах.

Основой новых микророботов являются стеклянные микрочастицы, диаметром около 8 микрометров. Одна половина частицы покрыта тонкой пленкой никеля, поверх которой нанесен защитный слой из золота, а на вторую половину частицы наносится слой лекарственного препарата, полезного груза микроробота. Во время первых испытания полезный груз робота состоял из молекул противоракового препарата и специальных белков, способных находить и притягиваться к злокачественным клеткам.

Вместо того, чтобы плавать в кровяной плазме, как это делают другие микророботы, новые роботы движутся вдоль стенок сосудов, подобно лейкоцитам. А направлением этого движения можно управлять при помощи внешнего магнитного поля, которое притягивает никель, и заставляет робота двигаться в нужном направлении.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Исследователи выяснили при помощи экспериментов с искусственными кровеносными сосудами, что даже не очень сильное магнитное поле, которое совершенно безопасно для организма человека, заставляет роботов двигаться в направлении, противоположном направлению течения крови. А когда магнитное поле деактивируется, роботы движутся вместе с кровью. Чередование моментов включения и отключения магнитного поля позволяет ученым контролировать движение роботов с высокой точностью и направлять их в заданное место в теле человека.

Во время испытаний ученые установили, что скорость движения роботов под воздействие магнитного поля составляет 600 микрометров в секунду (76 их собственных диаметров в секунду). Это делает новых роботов самыми быстрыми «магнитными микророботами» такого масштаба на сегодняшний день.

Поскольку размер одного микроробота очень мал, он не сможет нести на себе достаточного количества полезного груда, для того, чтобы оказать существенное влияние на пораженные болезнью ткани. Поэтому в организм человека нужно будет вводить достаточно большое количество таких роботов, что, дополнительно, облегчит слежение за ними при помощи традиционных методов съемки, применяемых в медицине.

И в заключение следует отметить, что помимо целевой доставки лекарственных препаратов, новые микророботы, снабженные соответствующим грузом, могут быть использованы для проведения неинвазивной, быстрой и точной диагностики самых различных видов заболеваний.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Одним из самых перспективных направлений микро- и нано-робототехники является целевая доставка лекарственных препаратов, осуществляемая при помощи крошечных роботов, двигающихся в теле человека по кровеносным сосудам. Самой последней разработкой в этом направлении являются микророботы-лейкоциты, созданные исследователями из института Макса Планка, Германия. И главным отличием новых микророботов от всех, что были созданы ранее, является то, что новые роботы, которые являются «технологическим воплощением» лейкоцитов, способны передвигаться в направлении, противоположном направлению кровотока в кровеносных сосудах.

Основой новых микророботов являются стеклянные микрочастицы, диаметром около 8 микрометров. Одна половина частицы покрыта тонкой пленкой никеля, поверх которой нанесен защитный слой из золота, а на вторую половину частицы наносится слой лекарственного препарата, полезного груза микроробота. Во время первых испытания полезный груз робота состоял из молекул противоракового препарата и специальных белков, способных находить и притягиваться к злокачественным клеткам.

Вместо того, чтобы плавать в кровяной плазме, как это делают другие микророботы, новые роботы движутся вдоль стенок сосудов, подобно лейкоцитам. А направлением этого движения можно управлять при помощи внешнего магнитного поля, которое притягивает никель, и заставляет робота двигаться в нужном направлении.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Исследователи выяснили при помощи экспериментов с искусственными кровеносными сосудами, что даже не очень сильное магнитное поле, которое совершенно безопасно для организма человека, заставляет роботов двигаться в направлении, противоположном направлению течения крови. А когда магнитное поле деактивируется, роботы движутся вместе с кровью. Чередование моментов включения и отключения магнитного поля позволяет ученым контролировать движение роботов с высокой точностью и направлять их в заданное место в теле человека.

Во время испытаний ученые установили, что скорость движения роботов под воздействие магнитного поля составляет 600 микрометров в секунду (76 их собственных диаметров в секунду). Это делает новых роботов самыми быстрыми «магнитными микророботами» такого масштаба на сегодняшний день.

Поскольку размер одного микроробота очень мал, он не сможет нести на себе достаточного количества полезного груда, для того, чтобы оказать существенное влияние на пораженные болезнью ткани. Поэтому в организм человека нужно будет вводить достаточно большое количество таких роботов, что, дополнительно, облегчит слежение за ними при помощи традиционных методов съемки, применяемых в медицине.

И в заключение следует отметить, что помимо целевой доставки лекарственных препаратов, новые микророботы, снабженные соответствующим грузом, могут быть использованы для проведения неинвазивной, быстрой и точной диагностики самых различных видов заболеваний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *