December 21, 2023
Een nieuwe fotografietechniek legt een schokgolf vast die door een biologische cel gaat, wat de vooruitgang op het gebied van beeldvorming in nanoseconden laat zien.
Spectrumcircuit, een nieuw systeem, overbrugt de kloof tussen traditionele elektronische camera's en optische beeldvorming, waardoor duidelijkere, snellere beelden mogelijk zijn.
De technologie maakt snelle fotografie mogelijk over een breed tijdsbereik, van picoseconden tot milliseconden, met verbeterde definitie en minder onscherpte.
Toepassingen van deze techniek strekken zich uit tot de wetenschap, de geneeskunde en de industrie, met name bij het observeren en analyseren van ultrasnelle processen.
Toekomstige plannen omvatten het gebruik van de beeldvormingstechniek om celinteracties met akoestische golven te bestuderen en laserverwerkingstechnieken te verbeteren.
Beelden van een onderwaterschokgolf die door een HeLa-cel beweegt. Met behulp van deze nieuwe technologie konden de onderzoekers het verschil zien tussen hoe de schokgolf zich binnen en buiten een cel onder water bewoog. Ze merkten op dat de resultaten suggereerden dat de celstructuur verschuift met de gevisualiseerde golffrontpositie (weergegeven in de rood/oranje lijn in de afbeelding). (Afbeelding: 2023 Saiki et al.)
Afbeeldingen van laserablatie gemaakt met behulp van de hogesnelheidscamera met ultrabreed tijdsbereik. Door deze nieuwe beeldtechnologie toe te passen, konden de onderzoekers de zich voortplantende schokgolf en het plasma en de voortgang van de laserverwerking over meerdere tijdschalen zien (ongeveer 10-100 picoseconden, ongeveer 1-10 nanoseconden en ongeveer 1-100 milliseconden). (Afbeelding: 2023 Saiki et al.)
"We konden de wisselwerking zien tussen verschillende fysieke processen die zich in de loop van de tijd afspeelden, en hoe ze vorm kregen", zegt Keiichi Nakagawa, universitair hoofddocent van de afdeling Bioengineering en de afdeling Precision Engineering van de Universiteit van Tokio. “Onze technologie biedt mogelijkheden om nuttige maar onbekende hogesnelheidsfenomenen aan het licht te brengen door ons in staat te stellen dergelijke ultrasnelle processen te observeren en analyseren.
“Vervolgens zijn we van plan onze beeldvormingstechniek te gebruiken om te visualiseren hoe cellen omgaan met akoestische golven, zoals die worden gebruikt bij echografie en schokgolftherapie. Door dit te doen, willen we de primaire fysieke processen begrijpen die daaropvolgende therapeutische effecten in het menselijk lichaam activeren.” Het team wil ook spectrumcircuits gebruiken om laserverwerkingstechnieken te verbeteren, door de fysieke parameters te identificeren die een snellere, nauwkeurigere, consistentere en kosteneffectievere productie mogelijk maken.
“We zijn altijd gefascineerd geweest door de kracht van visualisatie om complexe fenomenen te begrijpen. De kans om delen van de wereld te ontdekken en te tonen die voorheen verborgen waren, trok ons echt naar dit veld”, aldus Nakagawa. “We verwachten een brede bijdrage te leveren op verschillende terreinen, van medische biologie tot productie, materialen, milieu en energie.”
(Nanowerk Nieuws) Dankzij een nieuwe fotografietechniek is een microscopische schokgolf gefotografeerd die door een enkele biologische cel gaat. Nanosecondenfotografie maakt gebruik van ultrasnelle elektronische camera's om beelden te maken met een snelheid van een miljardste van een seconde. De beeldkwaliteit en de belichtingstijd zijn echter doorgaans beperkt. Nu heeft een team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Tokio superfijne beelden gemaakt die op hoge snelheid over meerdere tijdschalen zijn genomen met behulp van een systeem dat ze spectrumcircuit noemden. Het spectrumcircuit overbrugt de kloof tussen optische beeldvorming en conventionele elektronische camera's, waardoor fotografie met ultrasnelle snelheden met minder onscherpte en meer nauwkeurigheid mogelijk wordt. Deze technologie heeft potentiële toepassingen voor de wetenschap, de geneeskunde en de industrie. Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap Advances (“Single-shot optische beeldvorming met spectrumcircuits die tijdschalen overbruggen in hogesnelheidsfotografie”).
Key Takeaways
Beelden van een onderwaterschokgolf die door een HeLa-cel beweegt. Met behulp van deze nieuwe technologie konden de onderzoekers het verschil zien tussen hoe de schokgolf zich binnen en buiten een cel onder water bewoog. Ze merkten op dat de resultaten suggereerden dat de celstructuur verschuift met de gevisualiseerde golffrontpositie (weergegeven in de rood/oranje lijn in de afbeelding). (Afbeelding: 2023 Saiki et al.)
Het Onderzoek
Je wacht met je camera op het juiste moment. Plots snelt je onderwerp voorbij en heb je nauwelijks op de sluiterknop geklikt. Ik heb het gemist. Timing kan alles zijn in fotografie en het vastleggen van beelden op hoge snelheid vormt een bijzondere uitdaging. Maar dankzij de vooruitgang in de cameratechnologie kunnen we tegenwoordig de wereld zien als nooit tevoren. Of het nu gaat om het zweet op het voorhoofd van een wielrenner, de focus in de ogen van een duikende valk of, met deze nieuwste verbetering op het gebied van fotografie op nanoseconden, de beweging van een schokgolf die met hoge snelheid door een microscopisch kleine enkele cel gaat. “Voor zover wij weten hebben we voor het eerst in de geschiedenis rechtstreeks de interactie tussen een biologische cel en een schokgolf waargenomen en experimenteel aangetoond dat de snelheid van de schokgolf die zich binnen de cel voortplant sneller is dan aan de buitenkant van de cel. cel”, legt Takao Saiki uit, een doctoraalstudent aan de afdeling Precision Engineering van de Universiteit van Tokio. “Bovendien heeft onze aanpak ons in staat gesteld om hogesnelheidsfotografie te demonstreren over een breed tijdsbereik, waaronder picoseconde (een biljoenste van een seconde), nanoseconde (een miljardste van een seconde) en milliseconde (een duizendste van een seconde). ) tijdschalen.” Het vastleggen van heldere beelden van cellen zonder hun structuur te beïnvloeden of schade te veroorzaken is een grote uitdaging. Om de beelden veilig te maken, ontwikkelden de onderzoekers een optisch precisiecircuit, een circuit dat licht gebruikt in plaats van elektriciteit, dat ze het spectrumcircuit noemden. Met een spectrumcircuit creëerden ze niet-schadelijke laserpulsen, die ze op verschillende tijdstippen uitzonden. Door deze technologie te combineren met een bestaande single-shot optische beeldtechniek, genaamd sequentially timed all-optical mapping photography, of STAMP, konden ze reeksen foto's maken met een hogere definitie en minder onscherpte dan voorheen beschikbaar was. Het team gebruikte dezelfde technologie om te kijken naar de effecten van laserablatie op glas. Laserablatie is nuttig voor het nauwkeurig verwijderen van vast materiaal van een oppervlak en wordt zowel in de industrie als in de geneeskunde gebruikt. De onderzoekers richtten een ultrakorte laserpuls van slechts 35 femtoseconden lang (één femtoseconde is gelijk aan een kwart miljardste van een seconde) op een glasplaat. Met behulp van het spectrumcircuit observeerden ze de impact van de laser, de resulterende schokgolven en het effect dat deze op het glas had in picoseconden, nanoseconden en milliseconden.
Afbeeldingen van laserablatie gemaakt met behulp van de hogesnelheidscamera met ultrabreed tijdsbereik. Door deze nieuwe beeldtechnologie toe te passen, konden de onderzoekers de zich voortplantende schokgolf en het plasma en de voortgang van de laserverwerking over meerdere tijdschalen zien (ongeveer 10-100 picoseconden, ongeveer 1-10 nanoseconden en ongeveer 1-100 milliseconden). (Afbeelding: 2023 Saiki et al.)
"We konden de wisselwerking zien tussen verschillende fysieke processen die zich in de loop van de tijd afspeelden, en hoe ze vorm kregen", zegt Keiichi Nakagawa, universitair hoofddocent van de afdeling Bioengineering en de afdeling Precision Engineering van de Universiteit van Tokio. “Onze technologie biedt mogelijkheden om nuttige maar onbekende hogesnelheidsfenomenen aan het licht te brengen door ons in staat te stellen dergelijke ultrasnelle processen te observeren en analyseren.
“Vervolgens zijn we van plan onze beeldvormingstechniek te gebruiken om te visualiseren hoe cellen omgaan met akoestische golven, zoals die worden gebruikt bij echografie en schokgolftherapie. Door dit te doen, willen we de primaire fysieke processen begrijpen die daaropvolgende therapeutische effecten in het menselijk lichaam activeren.” Het team wil ook spectrumcircuits gebruiken om laserverwerkingstechnieken te verbeteren, door de fysieke parameters te identificeren die een snellere, nauwkeurigere, consistentere en kosteneffectievere productie mogelijk maken.
“We zijn altijd gefascineerd geweest door de kracht van visualisatie om complexe fenomenen te begrijpen. De kans om delen van de wereld te ontdekken en te tonen die voorheen verborgen waren, trok ons echt naar dit veld”, aldus Nakagawa. “We verwachten een brede bijdrage te leveren op verschillende terreinen, van medische biologie tot productie, materialen, milieu en energie.”
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64295.php
