Creveții mantis sunt cunoscuți mai ales pentru punch-ul său asemănător glonțului, care a inspirat atât materiale compozite super-puternice pentru armura corpului viitor, cât și un comic Web viral despre crustaceul curios. Dar se pare că ochii animalului sunt la fel de interesanți ca ghearele sale.
Continut Asemanator
- Vâscul medical: planta de sărbători poate lupta cu adevărat împotriva cancerului?
Un grup de cercetători a lucrat la o modalitate de a modela ochii compuși de creveți de mantis și viziunea polarizată pentru a crea o cameră care poate detecta diverse forme de cancer. Acum au un senzor de cameră care dovedește conceptul, care este mai mic, mai simplu și mai precis decât încercările anterioare de imagistică polarizată.
Grupul interdisciplinar, incluzând un neurobiolog la Universitatea din Queensland, Australia, un inginer de calculator la Universitatea Washington din St. Louis, și alții de la Universitatea Maryland, județul Baltimore și Universitatea din Bristol din Anglia, au publicat recent lucrarea în Procesul IEEE (Institutul de Ingineri Electrici și Electronici) .
Creveții de mantis, ca și unele insecte, calmar și alte cefalopode, pot observa diferențe de lumină polarizată - adică lumina care se radiază pe diferite planuri de direcție - într-un mod similar încât am putea vedea contrastul dintre un perete negru și un alb masa. Animalele folosesc această abilitate pentru a detecta prada, pentru a găsi un partener și pentru a evita să fie mâncați.
Dar lumina polarizată poate fi de asemenea folosită pentru a vedea lucrurile pe care ochiul uman nu le poate, cum ar fi celulele canceroase. Cercetările echipei arată că senzorul său are capacitatea de a detecta leziuni canceroase înainte ca celulele să devină suficient de numeroase pentru a apărea ca tumori vizibile.
Senzorul de polarizare, similar cu tipurile de senzori imagistici deja folosiți în smartphone-uri, este suficient de mic pentru a face imagini cu cancer în corpul uman. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, profesor asociat de informatică și inginerie la Universitatea Washington, al cărui laborator a lucrat la construirea senzorului, spune că celulele canceroase sunt ușor de observat sub lumină polarizată, deoarece structurile lor dezorganizate și invazive împrăștie lumina diferit de celulele normale ale corpului.
În timp ce cercetătorii au creat dispozitive de imagini polarizate în trecut, acestea tind să fie mari, folosind mai mulți senzori și complexe, prin faptul că necesită experți în optică, inginerie și fizică pentru a funcționa corect. Desigur, asta înseamnă și că instrumentele sunt foarte scumpe.
Însă combinând avansările în nanotehnologie, micuții senzori CMOS (metal-oxid-semiconductor), comuni în smartphone-urile și fundamentele modului în care funcționează sistemul de vizionare a creveților mantis, echipa a reușit să realizeze un senzor imagistic mult mai simplu. Mai mic decât un ban, senzorul este foarte sensibil și poate detecta celulele canceroase mai devreme decât încercările anterioare de imagistică polarizată, folosind atât imagini statice cât și video. Gruev spune că studentul său absolvent, Timothy York, autorul principal pe hârtie, a făcut o mare parte din lucrul cu aparatul foto și cu potențialele sale aplicații medicale.
În această imagine de endoscopie a unui colon de șoarece, senzorul arată țesutul tumoral în albastru, în timp ce țesutul sănătos apare ca galben. (IEEE) (IEEE) În cazul cancerului de colon, de exemplu, un medic ar folosi în mod normal un endoscop pentru a căuta orice țesut care arată canceros, apoi să ia o biopsie. Dar cancerul trebuie să se afle într-un anumit stadiu de dezvoltare înainte să arate diferit de ochiul uman. Imagistica polarizată poate detecta celulele canceroase mult mai devreme, dar dispozitivele de imagini anterioare au fost prea mari pentru a fi utilizate în acest fel înainte.
„Am trecut de la mai multe camere foto la o soluție cu un singur chip”, spune Gruev. „Este greu să pui mai multe camere pe un endoscop și să faci poze. Cu dispozitivul nostru, toate filtrele sunt pe cameră și trece de la ceva care se află pe banca dvs. optică la unul care merge pe capătul unui endoscop. "
Aparatul de fotografiat ar putea reduce drastic necesitatea de biopsii - dar până la perfecționarea tehnologiei, măsura în care va face acest lucru este neclară.
Justin Marshall, un neurobiolog la Universitatea din Queensland și un alt dintre autorii lucrării, și-a adus expertiza în creveții de mantis la proiect. Cercetează viziunea creveților de mai bine de 25 de ani. Atât el, cât și Gruev sunt de acord că una dintre următoarele provocări va fi găsirea unei modalități de a încorpora viziunea tradițională a culorii în senzor. Așa cum este acum, senzorul poate observa diferențe de polarizare, dar nu de culorile pe care le vedem. Aceasta este o problemă pentru medicii care pot utiliza într-o zi acest tip de senzor, deoarece utilizează de obicei indicii vizuale pentru a-i ghida în timpul procedurilor delicate. Creveții ar putea să ofere ajutor și pe acest front.
„[Creveții de mantis] par a fi foarte particulari în ceea ce privește modul în care adună informații, atât din punct de vedere al culorii, cât și al polarizării”, spune Marshall. „Ei își învârt ochii în jurul valorii de a-și împinge senzorul în toată lumea, cam ca o scanare prin satelit. Este posibil să existe câteva trucuri pe care le putem împrumuta și noi. ”
Marshall crede că senzorul poate fi folosit pentru a detecta pacienții pentru cancer de colon, întrucât aceasta este o zonă specifică pe care echipa lui a lucrat și una în care dimensiunea și complexitatea altor camere de imagini polarizate au fost o problemă în trecut. Scopurile de polarizare mai simple sunt deja utilizate pentru a verifica cancerul de piele în Australia, unde două din trei persoane sunt diagnosticate cu boala înainte de vârsta de 70 de ani. Cercetătorii încearcă să utilizeze și lumina polarizată pentru a crește contrastul țesutului pentru a ajuta medicii să spună unde începeți și opriți tăierea în timpul operației.
Deoarece cipul inspirat de creveți este atât de compact și ușor de utilizat, tehnologia și-ar putea face drum în dispozitive portabile și chiar smartphone-uri. Dacă se întâmplă, spune Marshall, oamenii ar putea într-o zi să se auto-monitorizeze pentru cancer și să reducă povara asupra sistemelor de sănătate supraîncărcate.
În timp ce există o multitudine de potențial în tehnologia de imagistică polarizată, Gruev spune că mai este multă muncă de făcut, atât în încorporarea detectării culorilor, cât și în rafinarea sensibilității detectării polarizării pentru a crește rezoluția și a face și mai bună la detectarea serioasă bolile devreme.
„Ne zgârie doar suprafața modului în care putem privi biologia și construim sisteme de imagistică care pot ajuta la diagnosticul cancerului și al altor boli”, spune el.
