Mantis-katkarapu tunnetaan lähinnä luodinmaisesta lävistyksestään, joka on inspiroinut sekä erittäin vahvoja komposiittimateriaaleja tuleville vartalohaarniskoille että viruskomissista, joka kertoo uteliaasta äyriäisestä. Mutta osoittautuu, että eläimen silmät ovat yhtä mielenkiintoisia kuin sen kynnet.
Asiaan liittyvä sisältö
- Medical Mistletoe: Voiko lomakasvi todella torjua syöpää?
Ryhmä tutkijoita on työskennellyt mallilla mantis katkarapun yhdistelmäsilmät ja polarisoidun näkökyvyn luodakseen kameran, joka pystyy havaitsemaan syövän eri muodot. Heillä on nyt konseptikamera-anturi, joka on pienempi, yksinkertaisempi ja tarkempi kuin aikaisemmat polarisoidun kuvantamisen yritykset.
Tieteidenvälinen ryhmä, johon kuuluvat neurobiologit Queenslandin yliopistosta Australiasta, tietokoneinsinööri Washingtonin yliopistosta St. Louisista ja muut Marylandin yliopistosta, Baltimore Countyn ja Bristolin yliopistosta Englannista, julkaisi äskettäin teoksen IEEE: n julkaisut (Sähkö - ja elektroniikkainsinöörien instituutti) .
Mantis-katkarapu, kuten jotkut hyönteiset, kalmarit ja muut pääjalkaiset, voi nähdä eroja polarisoidussa valossa - se on valoa, joka säteilee eri suuntasuunnissa - samalla tavalla, kuin saatamme nähdä kontrastin mustan seinän ja valkoisen välillä pöytä. Eläimet käyttävät tätä kykyä havaita saalista, löytää parikaveri ja välttää syömistä.
Polarisoitunutta valoa voidaan käyttää myös näkemään asiat, joita ihmisen silmä ei pysty, kuten syöpäsolut. Ryhmän tutkimus osoittaa, että sen anturilla on kyky havaita syöpävaurioita ennen kuin soluista tulee tarpeeksi lukumääriä näkyäkseen näkyvinä kasvaimina.
Polarisaatiokuvantamisanturi, joka on samanlainen kuin älypuhelimissa jo käytettävät kuvantamisanturit, on tarpeeksi pieni ottamaan kuvia syövästä ihmiskehossa. (Timothy York, Viktor Gruev) Washingtonin yliopiston tietojenkäsittelytieteen ja tekniikan apulaisprofessori Viktor Gruev, jonka laboratorio työskenteli anturin rakentamisessa, sanoo, että syöpäsolut ovat helppo nähdä polarisoidussa valossa, koska niiden epäorgaaniset ja invasiiviset rakenteet sirottavat valoa eri tavalla kuin normaalit kehosolut.
Vaikka tutkijat ovat aikaisemmin luoneet polarisoituja kuvantamislaitteita, niillä on taipumus olla suuria, käyttää useita antureita, ja monimutkaisia, koska ne vaativat optiikan, tekniikan ja fysiikan asiantuntijoita toimiakseen oikein. Se tietysti tarkoittaa myös sitä, että instrumentit ovat erittäin kalliita.
Mutta yhdistämällä nanoteknologian edistysaskeleet, älypuhelimissa yleiset pienet CMOS (ilmainen metallioksidi-puolijohde) -anturit ja perusteet mantis-katkarapujen visiojärjestelmän toiminnasta, joukkue pystyi tekemään paljon yksinkertaisemman kuvantamisanturin. Penniäkään pienempi, anturi on erittäin herkkä ja pystyy havaitsemaan syöpäsolut aikaisemmin kuin aikaisemmat polarisoidun kuvantamisen yritykset, käyttämällä sekä still-kuvia että videota. Gruev sanoo, että jatko-opiskelija, paperille pääkirjailija Timothy York teki suuren osan kameran työstä ja sen mahdollisista lääketieteellisistä sovelluksista.
Tässä hiiren paksusuolen endoskopiakuvassa sensori näyttää kasvainkudoksen sinisenä, kun taas terveellinen kudos näkyy keltaisena. (IEEE) (IEEE) Esimerkiksi paksusuolen syöpään lääkäri yleensä käyttää endoskooppia etsimään minkä tahansa kudoksen, joka näyttää syövältä, ja ottaa sitten biopsian. Mutta syövän on oltava tietyssä kehitysvaiheessa, ennen kuin se näyttää ihmisen silmältä erilaiselta. Polarisoidussa kuvantamisessa voidaan havaita syöpäsoluja paljon aikaisemmin, mutta aiemmat kuvantamislaitteet ovat olleet liian suuria käytettäväksi tällä tavoin aiemmin.
"Olemme siirtyneet useiden kameroiden omistamisesta yhden sirun ratkaisuun", Gruev sanoo. ”On vaikea laittaa useita kameroita endoskooppiin ja ottaa kuvia. Laitteemme kanssa kaikki suodattimet ovat kameralla, ja se siirtyy optisella penkilläsi olevasta jostain endoskoopin päässä olevaan. "
Kamera voisi vähentää dramaattisesti biopsioiden tarvetta, mutta siihen saakka, kunnes tekniikkaa kehitetään, on epäselvää, missä määrin se tehdään.
Justin Marshall, Queenslandin yliopiston neurobiologi ja eräs toisen kirjoittajan kirjoittajista, toi projektiinsa mantis katkarapuja koskevan asiantuntemuksensa. Hän on tutkinut katkarapujen visiota yli 25 vuoden ajan. Sekä hän että Gruev ovat yhtä mieltä siitä, että yksi seuraavista haasteista on löytää tapa sisällyttää perinteinen värinäkö myös anturiin. Nykyisessä muodossaan anturi voi nähdä eroja polarisaatiossa, mutta ei näissä väreissä. Tämä on ongelma lääkäreille, jotka saattavat joskus käyttää tällaista anturia, koska yleensä he käyttävät visuaalisia vihjeitä opastamaan heitä herkkien toimenpiteiden aikana. Mutta katkarapu voi tarjota apua myös tällä rintamalla.
"[Mantis-katkarapuja] näyttää olevan erityisen erityisiä tapaan, jolla he keräävät tietoja, sekä värin että polarisaation suhteen", Marshall sanoo. ”He heiluttavat silmäänsä työntääkseen anturinsa ympäri maailmaa, vähän kuin satelliittiskannaus. Siellä voi olla temppuja, joita voimme myös lainata. ”
Marshallin mielestä anturia voidaan käyttää ensin paksusuolen syövän potilaiden seulontaan, koska se on erityinen alue, jota hänen tiiminsä on työskennellyt, ja sellainen, jossa muiden polarisoituneiden kuvantamiskameroiden koko ja monimutkaisuus on ollut ongelma aiemmin. Yksinkertaisempia polarisaatioalueita käytetään jo ihosyövän tarkistamiseen Australiassa, missä kahdelle kolmesta ihmisestä on todettu sairaus ennen 70-vuotiaita. Tutkijat kokeilevat myös polarisoidun valon käyttöä kudoskontrastin lisäämiseksi auttaakseen lääkäreitä kertomaan, missä aloita ja lopeta leikkaus leikkauksen aikana.
Koska katkarapujen innoittama siru on niin kompakti ja helppokäyttöinen, tekniikka voisi tehdä tiensä kannettaviin laitteisiin ja jopa älypuhelimiin. Marshallin mukaan ihmiset voivat joskus seurata syöpiä ja vähentää ylikuormitettujen terveydenhuoltojärjestelmien taakkaa.
Polarisoidussa kuvantamistekniikassa on paljon potentiaalia, mutta Gruevin mukaan tehtävänä on vielä paljon työtä sekä väriantunnistuksen sisällyttämisessä että polarisaatiotunnistuksen herkkyyden parantamisessa, jotta voidaan lisätä resoluutiota ja tehdä siitä entistä paremmin vakavien havaitseminen sairaudet aikaisin.
"Me vain naarmutamme pintaa siitä, kuinka voimme tarkastella biologiaa ja rakentaa kuvantamisjärjestelmiä, jotka voivat auttaa syövän ja muiden sairauksien diagnosoinnissa", hän sanoo.
