Ученые из лаборатории ультразвуковой и оптоакустической диагностики Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН создали новый высокочувствительный ультразвуковой датчик для более точного исследования сосудов и кровотока.
Как отметили авторы работы, сейчас для исследования живых тканей все чаще используются системы оптоакустической визуализации — на кожный образец воздействуют лазерными импульсами, которые на сотые доли градуса нагревают молекулярные «красители» крови, хромофоры. Такие молекулы в результате нагрева генерируют ультразвуковые импульсы, которые фиксируются датчиками системы — гидрофонами. Затем с помощью оптического микроскопа формируется изображение сосудов. Такой метод позволяет определить границы раковых опухолей, так как они всегда окружены плотной сеткой из кровеносных сосудов.
Однако, по словам ученых, у современных датчиков, которые применяются в оптоакустических системах, есть минусы: они недостаточно миниатюрны и чувствительны и не могут быть интегрированы в ряд высокоточных приборов.
Система оптоакустической микроскопии с интегрированным игольчатым датчиком. Источник: Yu-Hang Liu et al. / Advanced Photonics Nexus, 2023
В новой работе специалисты создали миниатюрный ультразвуковой датчик на основе фторсодержащего полимера PVDF-TrFE. Устройство весит около 1 г и представляет собой тонкую иглу с чувствительным полимерным материалом на конце.
Ученые установили датчик в оптическую систему лазерного сканирующего микроскопа и изучили с его помощью сосуды головного мозга лабораторных мышей. Снимки мозга животных, полученные с микроскопа, корректировались на основе сигналов, зафиксированных датчиком непосредственно в органе животного. Конечные изображения оказались точнее и контрастнее изначальных. По словам специалистов, их устройство сможет получать снимки с высоким разрешением в 0,5 микрометра, что сопоставимо с размером бактерий.
«Разработанный нами миниатюрный датчик легко интегрируется в оптические системы микроскопов. Это может быть полезно при исследовании развития опухолей, поскольку позволит детально проследить все особенности раковых клеток, оплетающих их сосудов и окружающих тканей», — рассказал RT заведующий лабораторией ультразвуковой и оптоакустической диагностики Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН Павел Субочев.
Кроме того, ученые сравнили чувствительность нового устройства с представленным на рынке аналогом на основе другого полимера. Датчики поместили над емкостью с водой и определили, как каждый из них улавливает пропускаемый через жидкость ультразвук. Новый гидрофон оказался в десять раз чувствительнее конкурента.
«В дальнейшем мы планируем продолжать совершенствовать ультразвуковой датчик, а именно разработать такую конфигурацию, которая позволит регистрировать акустические волны с амплитудами менее одного паскаля», — отметил Павел Субочев.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
