Mantis-krevetid on tuntud peamiselt kuuli moodi punni tõttu, mis on inspireerinud nii ülitugevaid komposiitmaterjale tulevasteks ihuvestideks kui ka viiruslikku veebikoomiksit uudishimulikust koorikloomast. Kuid selgub, et looma silmad on sama huvitavad kui tema küünised.
Seotud sisu
- Medical Mistletoe: kas puhketaim võib vähiga tõesti võidelda?
Rühm teadlasi on töötanud välja härmaskreveti liitsilmade ja polariseeritud nägemise modelleerimiseks, et luua kaamera, mis suudab tuvastada vähivorme. Neil on nüüd kontseptsiooni tõestuseks mõeldud kaamerasensor, mis on väiksem, lihtsam ja täpsem kui eelmised polariseeritud pildistamise katsed.
Interdistsiplinaarne rühm, kuhu kuuluvad Austraalia Queenslandi ülikooli neurobioloog, St. Louis'i Washingtoni ülikooli arvutitehnik ja teised Baltimore'i maakonna Marylandi ülikoolist ja Inglismaal Bristoli ülikoolist, avaldasid hiljuti oma töö IEEE toimetised (Elektri - ja elektroonikainseneride instituut) .
Mantiskrevetid, nagu mõned putukad, kalmaarid ja muud peajalgsed, näevad erinevusi polariseeritud valguses - st erinevas suunatasapinnas kiirgavas valguses - sarnasel viisil, nagu võime näha kontrasti musta seina ja valge vahel laud. Loomad kasutavad seda võimet röövsaagi tuvastamiseks, kaaslase leidmiseks ja söömise vältimiseks.
Kuid polariseeritud valgust saab kasutada ka selleks, et näha asju, mida inimsilm ei saa, näiteks vähirakke. Meeskonna uuringud näitavad, et selle anduril on võime tuvastada vähkkasvaja kahjustused enne, kui rakud muutuvad piisavalt arvukateks, et neid nähtavate kasvajatena ilmneda.
Polarisatsiooni pildisensor, sarnaselt nutitelefonides juba kasutatavate pildisensorite tüüpidega, on piisavalt väike, et teha inimkehas vähist pilte. (Timothy York, Viktor Gruev) Washingtoni ülikooli arvutiteaduse ja tehnikateaduste dotsent Viktor Gruev, kelle labor töötas sensori ehitamisel, väidab, et vähirakke on polaarses valguses lihtne näha, sest nende desorbeerunud ja invasiivsed struktuurid hajutavad valgust erinevalt tavalistest keharakkudest.
Ehkki teadlased on varem polariseeritud pildiseadmeid loonud, kipuvad need olema mitut andurit kasutavad suured ja keerulised, kuna nende tööks on vaja optika-, tehnika- ja füüsikaeksperte. See tähendab muidugi ka seda, et instrumendid on väga kallid.
Kuid kombineerides nanotehnoloogia edusamme, nutitelefonides levinud pisikesi CMOS-e (tasuta metalloksiid-pooljuhte) andureid ja mantis-krevettide nägemissüsteemi toimimise põhialuseid, suutis meeskond teha palju lihtsama pildisensori. Pennist väiksem on andur väga tundlik ja suudab tuvastada vähirakke varem kui varasematel polariseeritud pildistamise katsetel, kasutades nii stoppkaadreid kui ka videot. Gruev ütleb, et tema kraadiõppur, paberkandjal juhtautor Timothy York tegi suure osa tööst kaamera ja selle võimalike meditsiiniliste rakendustega.
Selles hiire käärsoole endoskoopiapildis näitab andur tuumori kudet siniselt, terve kude aga kollasena. (IEEE) (IEEE) Näiteks käärsoolevähi korral kasutab arst tavaliselt endoskoopi vähktõvega kudede otsimiseks ja võtab seejärel biopsia. Kuid vähk peab olema teatud arenguetapis, enne kui see inimese silmale teistsugune välja näeb. Polariseeritud pildistamine suudab vähirakke märgata palju varem, kuid varasemad pildiseadmed on olnud sel viisil kasutamiseks liiga suured.
"Oleme liikunud mitme kaamera omamise juurest ühe kiibi lahendusele, " ütleb Gruev. “Raske on mitu kaamerat endoskoobi peale panna ja pilte teha. Meie seadmega on kõik filtrid kaameras ja see liigub millestki, mis asub teie optilisel pingil, filiaalini, mis läheb endoskoobi otsa. ”
Kaamera võib drastiliselt vähendada biopsiate vajadust, kuid kuni tehnoloogia täiustamiseni on selle ulatus ebaselge.
Queenslandi ülikooli neurobioloog Justin Marshall ja veel üks paberi autoritest tõi projekti juurde mantiskrevettide ekspertiisi. Ta on kreveti visiooni uurinud rohkem kui 25 aastat. Nii tema kui Gruev lepivad kokku, et üks järgmistest väljakutsetest on leida viis traditsioonilise värvinägemise integreerimiseks ka andurisse. Andur näeb praegusel kujul polaarsuse erinevusi, kuid mitte neid värve, mida me näeme. See on probleem arstide jaoks, kes võivad ühel päeval seda tüüpi andureid kasutada, kuna tavaliselt kasutavad nad õrnade protseduuride ajal visuaalseid näpunäiteid. Kuid krevetid võiksid ka selles rindes abiks olla.
"[Mantis-krevetid] tunduvad olevat eriti erilised teabe kogumise viisi osas, nii värvi kui ka polarisatsiooni osas, " ütleb Marshall. „Nad seisavad oma silma peal, et suruda oma andur üle maailma, natuke nagu satelliidiskaneerimine. Seal võib olla nippe, mida ka meil laenata. ”
Marshalli arvates võiks andurit kasutada esmalt käärsoolevähi patsientide sõeluuringuks, kuna see on spetsiifiline valdkond, mille kallal tema meeskond on töötanud, ja valdkond, kus teiste polariseeritud pildistuskaamerate suurus ja keerukus on varem olnud probleemiks. Nahavähi kontrollimiseks kasutatakse juba Austraalias, kus kahel kolmandal inimesel diagnoositakse haigus enne 70. eluaastat. Lihtsamaid polarisatsioonipiirkondi kasutatakse ka teadlaste polariseeritud valguse kasutamisel kudede kontrastsuse suurendamiseks, et arstid teaksid, kus lõikamise ajal alustage ja lõpetage lõikamine.
Kuna krevettidest inspireeritud kiip on nii kompaktne ja hõlpsasti kasutatav, võiks see tehnoloogia liikuda kaasaskantavatesse seadmetesse ja isegi nutitelefonidesse. Marshall väidab, et kui see juhtub, võiksid inimesed ühel päeval vähktõbe kontrollida ja ülekoormatud tervishoiusüsteemide koormust vähendada.
Kuigi polariseeritud pildindustehnoloogias on palju potentsiaali, on Gruevi sõnul veel palju teha, nii värvitundlikkuse integreerimisel kui ka polarisatsioonituvastuse tundlikkuse täpsustamisel, et suurendada eraldusvõimet ja muuta see veelgi tõsisemaks tõsise tuvastamisel haigused varakult.
"Me kriimustame lihtsalt seda, kuidas saaksime uurida bioloogiat ja ehitada üles pildisüsteeme, mis aitavad vähki ja muid haigusi diagnoosida, " ütleb ta.
