Superando las limitaciones tradicionales de Lee

□ El lunes 19, el presidente de DGIST, Yang Kwok, anunció que un equipo de investigación conjunto dirigido por los profesores Jin Ho Chang y Jae Youn Hwang del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación ha desarrollado la primera tecnología de microscopía de escaneo láser del mundo que permite una mayor profundidad y más . Observación detallada de tejidos biológicos mediante burbujas de gas producidas temporalmente por ultrasonidos.

Las técnicas de imágenes y tratamiento óptico se utilizan ampliamente en la investigación y la práctica clínica de las ciencias de la vida. Sin embargo, debido a la aparición de dispersión óptica en los tejidos, la transmisión de luz es baja. Por lo tanto, existen limitaciones inherentes en la adquisición de imágenes y el tratamiento de tejidos profundos. Esto dificulta significativamente la expansión del campo de aplicación.

□ Para evitar esto, en 2017, el equipo del profesor Jin Hu Zhang imaginó que sería posible utilizar burbujas de gas del tamaño de un micrómetro que normalmente se observan cuando los tejidos se exponen a ultrasonidos de alta intensidad. Desarrollaron una tecnología basada en el hecho de que las burbujas de gas creadas temporalmente por ultrasonido provocan la dispersión de la luz en la misma dirección que la propagación de la luz incidente, lo que aumenta la profundidad de penetración de la luz.

□ Además, el equipo de investigación conjunto de los profesores Jin Ho Chang y Jae Youn Hwang se centró en ampliar la aplicación de la tecnología de imágenes ópticas utilizando burbujas de gas inducidas por ultrasonido. Un microscopio de fluorescencia confocal es un dispositivo que detecta de forma selectiva las señales de fluorescencia generadas en el plano focal de la luz y proporciona imágenes de alta resolución y alto contraste de microestructuras como las células tumorales. Es el dispositivo más utilizado en la investigación de las ciencias de la vida debido a su alto rendimiento. Sin embargo, el foco de luz se ve borroso a profundidades superiores a 100 μm debido a la dispersión de luz que se produce dentro del tejido, lo que limita en gran medida la aplicación y la eficacia de la microscopía confocal.

□ Para aumentar la profundidad de imagen máxima para las modalidades de imagen óptica como la microscopía de fluorescencia confocal, los fotones que componen la luz radiada no deben tener un fenómeno en el que su dirección de propagación se distorsione por la dispersión de la luz en los tejidos. Sin embargo, un método desarrollado anteriormente que se basa en burbujas de gas generadas de manera insignificante por ultrasonido no fue una solución.

□ Por lo tanto, este equipo de investigación conjunto ha desarrollado tecnología de ultrasonido para crear una capa de burbujas en la región deseada con burbujas de gas densas (con una densidad del 90 % o más) dentro del tejido vivo y para preservar las burbujas de gas generadas durante la adquisición de imágenes. En esta capa de burbujas de gas, la distorsión no se produce en la dirección de propagación de los fotones. Por lo tanto, se ha demostrado experimentalmente que es posible concentrar la luz incluso en tejidos biológicos profundos. Además, al aplicar esta técnica (por ejemplo, transparencia de tejido inducida por ultrasonido) a un microscopio de fluorescencia confocal, se desarrolló por primera vez el microscopio óptico de compensación inducido por ultrasonido (US-OCM), nombrado en este estudio. la profundidad de imagen es seis veces mayor que la profundidad de un microscopio convencional (confocal).

□ En particular, el US-OCM desarrollado en este estudio no causó ningún daño tisular porque cuando se suspendió la irradiación ultrasónica, las burbujas de gas generadas desaparecieron y las propiedades ópticas regresaron a antes de la formación de burbujas de gas, lo que indica que son inofensivas para el cuerpo vivo

□ El profesor Jin Hu Chang del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de DGIST dijo: «A través de una estrecha colaboración con expertos en imágenes ópticas y de ultrasonido, hemos podido superar las limitaciones inherentes a las técnicas actuales de procesamiento e imágenes ópticas. La tecnología asegurada a través de estos se aplicarán El estudio se centra en diferentes técnicas de imagen óptica, incluida la microscopía multifotónica y la microscopía fotoacústica, así como en varios tratamientos ópticos, incluida la terapia fotodinámica y la terapia fotodinámica, lo que mejoraría la aplicación de las técnicas actuales al aumentar su profundidad de imagen y procesamiento».

□ Mientras tanto, los resultados de esta investigación se publicaron el 5 de septiembre en Fotónica de la naturalezaEs la revista académica internacional más destacada en el campo de la óptica (IF = 39.728) (https://doi.org/10.1038/s41566-022-01068-x).

Este estudio fue apoyado por el Samsung Research Funding Center de Samsung Electronics.

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