새로운 무렌즈 내시경은 기존 광학 장치 없이 세포하 구조의 3D 이미징을 제공합니다.

광학 협회, 워싱턴 DC

연구자들은 렌즈나 광학, 전기 또는 기계 구성 요소 없이 단일 세포보다 작은 물체의 3D 이미지를 생성하는 새로운 자가 교정 내시경을 개발했습니다. 내시경 끝부분의 너비는 200미크론에 불과합니다. 이는 인간의 머리카락 몇 개를 서로 엮은 너비 정도입니다. 살아있는 조직 내부의 특징을 이미징하기 위한 최소 침습 도구인 매우 얇은 내시경은 다양한 연구 및 의료 응용을 가능하게 할 수 있습니다.

연구원들이 단일 세포보다 작은 물체의 3D 이미지를 생성하는 새로운 자가 교정 내시경을 개발했습니다. (제공:Czarske, TU Dresden, Germany)

기존 내시경은 카메라와 조명을 사용하여 신체 내부의 이미지를 캡처합니다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 광섬유를 통해 이미지를 캡처하는 대체 방법을 개발하여 부피가 큰 카메라와 기타 부피가 큰 구성 요소가 필요하지 않아 훨씬 더 얇은 내시경이 가능해졌습니다. 그러나 이러한 가능성에도 불구하고 이러한 기술은 온도 변동이나 섬유의 굽힘 및 비틀림을 견딜 수 없는 등의 한계를 안고 있습니다.

이러한 기술을 실용화하는 데 있어 가장 큰 장애물은 복잡한 보정 프로세스가 필요하다는 것입니다. 대부분의 경우 광섬유가 이미지를 수집하는 동안입니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 내시경 응용 분야에 일반적으로 사용되는 광섬유 유형인 응집성 섬유 다발의 끝에 두께가 150미크론에 불과한 얇은 유리판을 추가했습니다. 실험에 사용된 응집성 섬유 다발은 폭이 약 350미크론이었고 10,000개의 코어로 구성되었습니다.

중앙 섬유 코어가 조명을 받으면 섬유 다발로 다시 반사되는 광선을 방출하고 빛이 어떻게 전달되는지 측정하기 위한 가상 가이드 별 역할을 합니다. 이는 광학 전송 기능으로 알려져 있으며 시스템이 즉시 자체 교정에 사용하는 중요한 데이터를 제공합니다.

새로운 설정의 핵심 구성 요소는 빛의 방향을 조작하고 원격 초점을 맞추는 데 사용되는 공간 광 변조기입니다. 공간 광 변조기는 광섬유 다발의 광학 전달 함수와 이미지를 보상합니다. 광섬유 다발에서 반사된 빛은 카메라에 포착되고 기준파와 중첩되어 빛의 위상을 측정합니다. 가상 가이드 별의 위치는 약 1미크론의 최소 초점 직경으로 기기의 초점을 결정합니다. 연구원들은 적응형 렌즈와 2D 검류계 거울을 사용하여 초점을 이동하고 다양한 깊이에서 스캐닝을 가능하게 했습니다.

팀은 140미크론 두께의 커버 슬립 아래에 3D 표본을 이미지화하는 데 장치를 사용하여 장치를 테스트했습니다. 초당 4사이클의 이미지 속도로 400미크론 이상의 13단계로 이미지 평면을 스캔하는 이 장치는 3D 표본의 상단과 하단에 있는 입자를 성공적으로 이미지화했습니다. 그러나 검류계 거울의 각도가 증가함에 따라 초점이 저하되었습니다. 연구원들은 향후 연구가 이러한 한계를 해결할 수 있다고 제안합니다. 또한 프레임 속도가 더 높은 검류계 스캐너를 사용하면 이미지 획득 속도가 더 빨라질 수 있습니다.

이 접근 방식을 사용하면 현장 3D 이미징, 랩온어칩 기반 기계적 세포 조작, 생체 내 심부 조직 광유전학 및 키홀 기술 검사에 중요한 최소 침습으로 실시간 보정 및 이미징이 가능합니다.

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