Kudlanka nábožná je známá hlavně svým úderem podobným kulkám, který inspiroval jak super silné kompozitní materiály pro budoucí brnění těla, tak virový webový komiks o zvědavém korýši. Ale ukázalo se, že zvířecí oči jsou stejně zajímavé jako jeho drápy.
Související obsah
- Lékařská jmelí: Může prázdninová rostlina opravdu bojovat proti rakovině?
Skupina vědců pracuje na způsobu modelování složených očí krevet kudlanky a polarizovaného vidění za účelem vytvoření kamery, která dokáže detekovat různé formy rakoviny. Nyní mají kamerový senzor s konceptem konceptu, který je menší, jednodušší a přesnější než předchozí pokusy o polarizované zobrazení.
Mezioborová skupina, včetně neurobiologa na University of Queensland v Austrálii, počítačového inženýra na Washingtonské univerzitě v St. Louis a dalších z University of Maryland, Baltimore County a University of Bristol v Anglii, nedávno publikovala práci v sborník IEEE (Ústav elektrotechnických a elektronických inženýrů) .
Kudlanky nábožné, jako někteří hmyz, chobotnice a další hlavonožci, mohou vidět rozdíly v polarizovaném světle - to je světlo, které vyzařuje v různých rovinách směru - podobným způsobem, že bychom mohli vidět kontrast mezi černou stěnou a bílou stůl. Zvířata používají tuto schopnost k detekci kořisti, nalezení partnera a vyhýbání se konzumaci.
Ale polarizované světlo může být také použito k vidění věcí, které lidské oko nemůže, jako jsou rakovinné buňky. Výzkum týmu ukazuje, že jeho senzor má schopnost detekovat rakovinné léze dříve, než se buňky stávají natolik početnými, aby vypadaly jako viditelné nádory.
Polarizační zobrazovací senzor, podobný typům zobrazovacích senzorů, které se již používají v chytrých telefonech, je dostatečně malý, aby mohl snímat rakovinu uvnitř lidského těla. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, docent výpočetní techniky a inženýrství na Washingtonské univerzitě, jehož laboratoř pracovala na budování senzoru, říká, že rakovinné buňky jsou snadno vidět pod polarizovaným světlem, protože jejich dezorganizované a invazivní struktury rozptylují světlo jinak než normální tělesné buňky.
Zatímco vědci v minulosti vytvořili polarizovaná zobrazovací zařízení, mají tendenci být velcí, používat více senzorů a složitá v tom, že k řádnému fungování vyžadují odborníky na optiku, techniku a fyziku. To samozřejmě také znamená, že nástroje jsou velmi drahé.
Ale kombinací pokroků v nanotechnologii, malých CMOS (doplňkových oxidů kovů-polovodičových) senzorech běžných v smartphonech a základech toho, jak funguje systém vidění krevet kudlanky, byl tým schopen udělat mnohem jednodušší zobrazovací senzor. Senzor je menší než cent, je velmi citlivý a dokáže detekovat rakovinné buňky dříve než předchozí pokusy o polarizované zobrazování pomocí statických obrázků i videa. Gruev říká, že jeho postgraduální student, Timothy York, hlavní autor na papíře, odvedl hodně práce s fotoaparátem a jeho potenciálními lékařskými aplikacemi.
Na tomto endoskopickém obrázku myšího tlustého střeva senzor ukazuje nádorovou tkáň modrou barvou, zatímco zdravá tkáň je žlutá. (IEEE) (IEEE) Například u rakoviny tlustého střeva by lékař obvykle používal endoskop k vyhledání jakékoli tkáně, která vypadá rakovinově, a poté provedl biopsii. Ale rakovina musí být v určité fázi vývoje, než bude vypadat jinak než lidské oko. Polarizované zobrazování může objevit rakovinné buňky mnohem dříve, ale předchozí zobrazovací zařízení byla příliš velká na to, aby byla dříve použita tímto způsobem.
"Přecházeli jsme z více kamer na jednočipové řešení, " říká Gruev. "Je těžké nasadit na endoskop více kamer a fotografovat." S naším zařízením jsou všechny filtry na kameře a jde z něčeho, co sedí na optické lavici, k filtru, který jde na konec endoskopu. “
Kamera by mohla drasticky snížit potřebu biopsií - ale dokud nebude technologie upřesněna, rozsah, v jakém to bude dělat, není jasný.
Justin Marshall, neurobiolog z University of Queensland a další autoři článku, přinesl do projektu své odborné znalosti o kudlankách. Více než 25 let zkoumá vizi krevet. On i Gruev souhlasí s tím, že jednou z dalších výzev bude nalezení způsobu, jak do senzoru začlenit také tradiční barevné vidění. Jak to nyní stojí, senzor může vidět rozdíly v polarizaci, ale ne barvy, které vidíme. To je problém pro lékaře, kteří mohou jednoho dne použít tento typ senzoru, protože obvykle používají vizuální narážky, aby je vedli během delikátních procedur. Krevety však mohou poskytnout pomoc i na této frontě.
"Zdá se, že [kreveta Mantis] je velmi konkrétní ve způsobu, jakým shromažďují informace, a to jak z hlediska barvy, tak polarizace, " říká Marshall. "Zamával jim kolem očí, aby posunul svůj senzor po celém světě, trochu jako satelitní skenování." Mohou tam být nějaké triky, ze kterých si také můžeme půjčit. “
Marshall si myslí, že senzor může být použit k screeningu pacientů na rakovinu tlustého střeva jako první, protože to je specifická oblast, na které tým pracuje, a oblast, kde v minulosti byl problém velikost a složitost dalších polarizovaných zobrazovacích kamer. Jednodušší polarizační rozsahy se již používají ke kontrole rakoviny kůže v Austrálii, kde u dvou ze tří lidí je diagnostikována tato choroba před dosažením věku 70 let. Vědci také experimentují s použitím polarizovaného světla ke zvýšení kontrastu tkáně, aby lékaři mohli zjistit, kam mají začněte a zastavte řezání během operace.
Protože čip inspirovaný krevetami je tak kompaktní a snadno použitelný, mohla by se tato technologie dostat do přenosných zařízení a dokonce i chytrých telefonů. Pokud ano, říká Marshall, lidé by mohli jednoho dne sebepozorovat rakovinu a snížit zátěž na přetížené systémy zdravotní péče.
I když v technologii polarizovaného zobrazování existuje dostatek potenciálu, Gruev říká, že je ještě třeba vykonat mnoho práce, a to jak při začlenění snímání barev, tak při zdokonalování citlivosti detekce polarizace, aby se zvýšilo rozlišení a aby bylo ještě lepší při detekci vážných nemoci brzy.
"Jednoduše škrábáme povrch toho, jak se můžeme dívat na biologii a konstruovat zobrazovací systémy, které mohou pomoci při diagnostice rakoviny a jiných chorob, " říká.
