Ультразвуковая технология, разработанная исследовательской группой по оптике и фотонике факультета инженерии Ноттингемского университета, обещает революционизировать микроскопию, позволяя получать более чёткие изображения внутри живых клеток без повреждений. Эта инновация, известная как «фононная микроскопия», использует звуковые волны в гигагерцовом диапазоне, что в 1000 раз превышает частоту обычного медицинского ультразвука, для создания подробных изображений с разрешением, ранее недостижимым.
Для преодоления ограничений, связанных с фокусировкой звуковых волн, исследователи разработали специальные оптоакустические линзы, способные фокусировать эти волны в 3D. Эти линзы, некоторые из которых имеют размеры всего около 100 нм, позволяют создавать более чёткие изображения субклеточных компонентов живых клеток без повреждения.
Источник: DALL-E
Доктор Мэнтин Яо, научный сотрудник Ноттингемского университета и руководитель исследовательской группы, пояснил: «Акустика открывает большие перспективы для получения изображений с высоким разрешением в микроскопическом и даже наномасштабе. Однако генерация и обнаружение акустических волн с длинами, сопоставимыми со световыми, и, таким образом, достижение эквивалентного разрешения, сопряжены со значительными техническими трудностями».
Новая технология преодолевает ограничения сканирующей акустической микроскопии (САМ), которая требовала криогенной заморозки образцов, что ограничивало её применение в отношении живых систем. Фононная микроскопия позволяет биологам динамически отслеживать такие процессы, как клеточный цикл, прогрессирование раковых клеток и внутриклеточные эффекты различных препаратов в режиме реального времени.
Результаты экспериментального линейного сканирования через вогнутую линзу. Источник: Photoacoustics (2024). DOI: 10.1016/j.pacs.2024.100663
Сэл Ла Кавера III, научный сотрудник факультета инженерии, подчеркнул преимущества акустики перед оптическими микроскопами: «Акустика позволяет избежать потенциально токсичных флуоресцентных меток и химических красителей или вредных длин волн (например, ультрафиолетового), значительно снижая вред, наносимый образцу. Кроме того, акустика обеспечивает доступ к количественной механической информации об образце».
Технология оптоакустических линз доктора Яо может иметь значительные последствия для исследований в области биологии рака, разработки лекарственных препаратов и регенеративной медицины, предлагая понимание поведения клеток на уровне отдельных клеток. Недавние научные прорывы показали, что многие заболевания вызваны изменениями в механике на клеточном уровне, что делает возможность обнаружения механических свойств в биологии в наномасштабе чрезвычайно ценной.