Скаридите на богомолците са известни най-вече със своя удар, подобен на куршуми, който е вдъхновил както супер-силни композитни материали за бъдеща броня, така и вирусен уеб комикс за любопитния ракообразен. Но се оказва, че очите на животното са също толкова интересни, колкото и ноктите му.
Свързано съдържание
- Medical Mistletoe: Може ли ваканционното растение наистина да се бори с рака?
Група изследователи са работили по начин да моделират сложните очи на богомолките и поляризираното зрение, за да създадат камера, която да открива различни форми на рак. Сега имат сензор за камера с доказателство, че е по-малък, опростен и по-прецизен от предишните опити за поляризирано изображение.
Интердисциплинарната група, включваща невробиолог от университета в Куинсланд, Австралия, компютърен инженер от Университета във Вашингтон в Сейнт Луис и други от Университета на Мериленд, окръг Балтимор и университета в Бристол в Англия, наскоро публикува работата в Протоколът на IEEE (Институт на инженерите по електротехника и електроника) .
Скаридите на богомолките, като някои насекоми, калмари и други главоноги, могат да виждат разлики в поляризирана светлина - това е светлина, която се излъчва в различни равнини на посоката - по подобен начин, който можем да видим контраста между черна стена и бяла таблица. Животните използват тази способност да откриват плячка, да намират половинка и да избягват да бъдат ядени.
Но поляризирана светлина може да се използва и за да види неща, които човешкото око не може, като ракови клетки. Изследванията на екипа показват, че сензорът му има способността да открива ракови лезии, преди клетките да станат достатъчно многобройни, за да се появят като видими тумори.
Поляризационният сензор за изображения, подобен на видовете сензори за изображения, които вече се използват в смартфоните, е достатъчно малък, за да прави изображения на рак вътре в човешкото тяло. (Тимоти Йорк, Виктор Груев) Виктор Груев, доцент по компютърни науки и инженерство от Вашингтонския университет, чиято лаборатория работи по изграждането на сензора, казва, че раковите клетки се виждат лесно под поляризирана светлина, защото техните неорганизирани и инвазивни структури разсейват светлината по различен начин от нормалните телесни клетки.
Докато изследователите в миналото са създавали устройства за поляризирано изображение, те са склонни да бъдат големи, използвайки множество сензори, и сложни, тъй като се нуждаят от експерти по оптика, инженерство и физика, за да работят правилно. Това, разбира се, също означава, че инструментите са много скъпи.
Но комбинирайки напредъка в нанотехнологиите, малките CMOS (безплатни металооксидни полупроводници) сензори, често срещани в смартфоните, и основите на това как функционира зрителната система на богомолците, екипът успя да направи много по-опростен сензор за изображения. По-малък от стотинка, сензорът е много чувствителен и може да открие ракови клетки по-рано от предишни опити за поляризирано изображение, като използва както неподвижни изображения, така и видео. Груев казва, че неговият аспирант Тимоти Йорк, водещият автор на хартия, е свършил голяма част от работата с камерата и потенциалните й медицински приложения.
При това ендоскопично изображение на мишко черво, сензорът показва туморната тъкан в синьо, докато здравата тъкан се показва като жълта. (IEEE) (IEEE) Например с рак на дебелото черво лекар обикновено използва ендоскоп, за да потърси всяка тъкан, която изглежда ракова, след което да направи биопсия. Но ракът трябва да бъде в определен стадий на развитие, преди да изглежда различно за човешкото око. Поляризираното изображение може да забележи ракови клетки много по-рано, но предишните устройства за изображения са били твърде големи, за да се използват по този начин и преди.
„Преминахме от множество камери към едно чип решение“, казва Груев. „Трудно е да се поставят множество камери на ендоскоп и да се правят снимки. С нашето устройство всички филтри са на камерата и той преминава от нещо, което седи на вашата оптична скамейка, до такова, което излиза в края на ендоскопа. "
Камерата може драстично да намали нуждата от биопсии - но докато технологията не бъде усъвършенствана, степента, в която това ще стане, не е ясно.
Джъстин Маршал, невробиолог от Университета на Куинсланд и друг от авторите на статията, донесе експертизата си върху скаридите на богомолките. Той изследва зрението на скаридите повече от 25 години. И той, и Груев са съгласни, че едно от следващите предизвикателства ще бъде да се намери начин да се включи и традиционното цветно виждане в сензора. Както е сега, сензорът може да вижда разлики в поляризацията, но не и цветовете, които виждаме. Това е проблем за лекарите, които един ден могат да използват този тип сензор, тъй като обикновено използват визуални сигнали, за да ги ръководят по време на деликатните процедури. Но скаридите биха могли да окажат някаква помощ и на този фронт.
„[Mantis скаридите] изглежда са много специфични по отношение на начина, по който събират информация, както по отношение на цвят, така и по отношение на поляризацията“, казва Маршал. „Те размахват очи, за да прокарат сензора си по света, малко като сателитно сканиране. Там може да има някакви трикове, от които можем да вземем назаем. "
Маршал смята, че сензорът може да се използва първо за скрининг на пациенти за рак на дебелото черво, тъй като това е специфична област, над която работи екипът му, и тази, в която размерът и сложността на други поляризирани камери за изображения са били проблем в миналото. По-прости поляризационни прибори вече се използват за проверка на рак на кожата в Австралия, където двама от трима души са диагностицирани с болестта преди навършване на 70 години. Изследователите също експериментират с използване на поляризирана светлина за увеличаване на тъканния контраст, за да помогнат на лекарите да кажат къде да започнете и спрете рязането по време на операцията.
Тъй като чипът, вдъхновен от скаридите, е толкова компактен и лесен за използване, технологията може да си пробие път в преносими устройства и дори смартфони. Ако това стане, казва Маршал, хората един ден биха могли да се самоконтролират за ракови заболявания и да намалят тежестта върху претоварените здравни системи.
Въпреки че има много потенциал в технологията за поляризирано изображение, Груев казва, че има още много работа, която трябва да се свърши както с включването на цветово чувство, така и с усъвършенстването на чувствителността на поляризационното откриване, за да се увеличи разделителната способност и да се направи още по-добре при откриване на сериозни заболявания рано.
„Ние просто надраскваме повърхността как можем да разгледаме биологията и да изградим системи за образна диагностика, които могат да помогнат при диагностицирането на рак и други заболявания“, казва той.
