新しいレンズレス内視鏡は、従来の光学機器を使用せずに細胞内構造の 3D イメージングを実現します

光学協会、ワシントン DC

研究者らは、レンズや光学部品、電気部品、機械部品を一切使わずに、単一細胞より小さい物体の 3D 画像を生成する新しい自己校正内視鏡を開発しました。内視鏡の先端の直径はわずか 200 ミクロンで、人間の髪の毛を数本撚り合わせた程度の幅です。生体組織内部の特徴を画像化するための低侵襲ツールとして、極薄の内視鏡はさまざまな研究や医療への応用を可能にする可能性があります。

研究者らは、単一細胞より小さい物体の 3D 画像を生成する新しい自己校正内視鏡を開発しました。 (クレジット:ツァルスケ、TU ドレスデン、ドイツ)

従来の内視鏡はカメラと照明を使用して体内の画像を撮影します。近年、研究者らは光ファイバーを通じて画像を取り込む代替方法を開発し、かさばるカメラやその他のかさばるコンポーネントの必要性を排除し、内視鏡を大幅に薄くすることが可能になりました。ただし、その期待にもかかわらず、これらのテクノロジーには、温度変動やファイバーの曲げやねじれに耐えられないなどの制限があります。

これらのテクノロジーを実用化するための大きな障害は、多くの場合、ファイバーが画像を収集している間に、複雑なキャリブレーション プロセスが必要になることです。これに対処するために、研究者らは、内視鏡用途で一般的に使用される光ファイバーの一種であるコヒーレントファイバー束の先端に、厚さわずか 150 ミクロンの薄いガラス板を追加しました。実験で使用されたコヒーレント ファイバー束は幅約 350 ミクロンで、10,000 個のコアで構成されていました。

中心のファイバーコアが照らされると、ファイバー束内に反射されるビームが放射され、光がどのように伝送されるかを測定するための仮想ガイドスターとして機能します。これは光学伝達関数として知られており、システムがオンザフライで調整するために使用する重要なデータを提供します。

新しいセットアップの重要なコンポーネントは空間光変調器で、光の方向を操作し、遠隔焦点を可能にするために使用されます。空間光変調器は、光伝達関数とファイバー束上のイメージを補償します。ファイバー束からの後方反射光がカメラで捕らえられ、基準波と重ね合わされて光の位相が測定されます。仮想ガイド星の位置によって機器の焦点が決まり、最小焦点直径は約 1 ミクロンです。研究者らは、適応レンズと 2D ガルボメーター ミラーを使用して焦点を移動し、さまざまな深さでのスキャンを可能にしました。

研究チームは、140ミクロンの厚さのカバーガラスの下で3D標本を画像化するためにデバイスを使用してテストしました。デバイスは、1 秒あたり 4 サイクルの画像速度で 400 ミクロンにわたる 13 ステップで画像面をスキャンし、3D 試験片の上部と下部の粒子を正常に画像化しました。しかし、ガルボメータミラーの角度が大きくなるにつれて、焦点は悪化しました。研究者らは、将来の研究でこの制限に対処できる可能性があると示唆しています。さらに、より高いフレーム レートのガルボメータ スキャナを使用すると、より高速に画像を取得できる可能性があります。

このアプローチにより、最小限の侵襲性でリアルタイムのキャリブレーションとイメージングの両方が可能になります。これは、現場 3D イメージング、ラボオンチップベースの機械的細胞操作、深部組織の生体内光遺伝学、およびキーホール技術検査にとって重要です。

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