21 Dezembro, 2023
Uma nova técnica fotográfica captura uma onda de choque passando por uma célula biológica, mostrando avanços em imagens de nanossegundos.
O circuito Spectrum, um sistema inovador, preenche a lacuna entre as câmeras eletrônicas tradicionais e a imagem óptica, permitindo imagens mais nítidas e rápidas.
A tecnologia permite fotografia de alta velocidade em um amplo intervalo de tempo, de picossegundos a milissegundos, com definição aprimorada e desfoque reduzido.
As aplicações desta técnica estendem-se à ciência, medicina e indústria, particularmente na observação e análise de processos ultrarrápidos.
Os planos futuros incluem o uso da técnica de imagem para estudar as interações celulares com ondas acústicas e melhorar as técnicas de processamento a laser.
Imagens de uma onda de choque subaquática movendo-se através de uma célula HeLa. Usando esta nova tecnologia, os pesquisadores puderam ver a diferença entre como a onda de choque se movia dentro e fora de uma célula submersa em água. Eles notaram que os resultados sugeriram que a estrutura celular muda com a posição da frente de onda visualizada (mostrada na linha vermelha/laranja na imagem). (Imagem: 2023 Saiki et al.)
Imagens de ablação a laser tiradas usando câmera de alta velocidade e intervalo de tempo ultraamplo. Aplicando esta nova tecnologia de imagem, os pesquisadores puderam ver a propagação da onda de choque e do plasma e o progresso do processamento do laser em escalas múltiplas de tempo (cerca de 10 a 100 picossegundos, cerca de 1 a 10 nanossegundos e cerca de 1 a 100 milissegundos). (Imagem: 2023 Saiki et al.)
“Pudemos ver a interação entre diferentes processos físicos que ocorrem ao longo do tempo e como eles tomaram forma”, disse Keiichi Nakagawa, professor associado do Departamento de Bioengenharia e do Departamento de Engenharia de Precisão da Universidade de Tóquio. “Nossa tecnologia oferece oportunidades para revelar fenômenos de alta velocidade úteis, mas desconhecidos, permitindo-nos observar e analisar esses processos ultrarrápidos.
“A seguir, planejamos usar nossa técnica de imagem para visualizar como as células interagem com ondas acústicas, como aquelas usadas em ultrassom e terapia por ondas de choque. Ao fazer isso, pretendemos compreender os processos físicos primários que ativam os efeitos terapêuticos subsequentes no corpo humano.” A equipe também quer usar o circuito de espectro para melhorar as técnicas de processamento a laser, identificando os parâmetros físicos que permitiriam uma fabricação mais rápida, precisa, consistente e econômica.
“Sempre fomos fascinados pelo poder da visualização para compreender fenômenos complexos. A oportunidade de descobrir e mostrar partes do mundo que antes estavam escondidas realmente nos atraiu para este campo”, disse Nakagawa. “Esperamos fazer amplas contribuições em vários campos, desde a biomedicina até a manufatura, materiais, meio ambiente e energia.”
(Notícias do Nanowerk) Uma onda de choque microscópica foi fotografada passando por uma única célula biológica, graças a uma nova técnica fotográfica. A fotografia em nanossegundos usa câmeras eletrônicas ultrarrápidas para capturar imagens na velocidade de um bilionésimo de segundo. No entanto, a qualidade da imagem e o tempo de exposição são normalmente limitados. Agora, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Tóquio conseguiu imagens superfinas obtidas em múltiplas escalas de tempo em alta velocidade usando um sistema que eles chamaram de circuito de espectro. O circuito Spectrum preenche a lacuna entre a imagem óptica e as câmeras eletrônicas convencionais, permitindo a fotografia em velocidades ultrarrápidas, com menos desfoque e mais precisão. Esta tecnologia tem aplicações potenciais para a ciência, medicina e indústria. A pesquisa foi publicada em Os avanços da ciência (“Imagem óptica de disparo único com escalas de tempo de ponte de circuito de espectro em fotografia de alta velocidade”).
Principais lições
Imagens de uma onda de choque subaquática movendo-se através de uma célula HeLa. Usando esta nova tecnologia, os pesquisadores puderam ver a diferença entre como a onda de choque se movia dentro e fora de uma célula submersa em água. Eles notaram que os resultados sugeriram que a estrutura celular muda com a posição da frente de onda visualizada (mostrada na linha vermelha/laranja na imagem). (Imagem: 2023 Saiki et al.)
A pesquisa
Você está esperando com sua câmera o momento certo. De repente, seu assunto passa rapidamente e você mal clica no obturador. Perdi. O tempo pode ser tudo na fotografia e capturar imagens em alta velocidade representa um desafio particular. Mas graças aos avanços na tecnologia das câmeras, hoje em dia podemos ver o mundo como nunca antes. Quer seja o suor na testa de um ciclista de corrida, o foco nos olhos de um falcão em voo ou, com esta última melhoria na fotografia de nanossegundos, o movimento de uma onda de choque passando através de uma única célula microscópica em alta velocidade. “Pela primeira vez na história, até onde sabemos, observamos diretamente a interação entre uma célula biológica e uma onda de choque, e demonstramos experimentalmente que a velocidade da onda de choque que se propaga dentro da célula é mais rápida do que fora da célula. célula”, explicou Takao Saiki, estudante de doutorado do Departamento de Engenharia de Precisão da Universidade de Tóquio. “Além disso, nossa abordagem nos permitiu demonstrar fotografia de alta velocidade em um amplo intervalo de tempo, que inclui picossegundo (um trilionésimo de segundo), nanossegundo (um bilionésimo de segundo) e milissegundo (um milésimo de segundo). ) prazos." Capturar imagens nítidas de células sem afetar sua estrutura ou causar danos é muito desafiador. Para tirar as imagens com segurança, os pesquisadores desenvolveram um circuito óptico de precisão, um circuito que usa luz em vez de eletricidade, que chamaram de circuito espectral. Com o circuito de espectro, eles criaram pulsos de laser não prejudiciais, que foram configurados para emitir em tempos diferentes. Ao combinar essa tecnologia com uma técnica existente de imagem óptica de disparo único chamada fotografia de mapeamento totalmente óptico sequencialmente cronometrada, ou STAMP, eles foram capazes de capturar séries de imagens com maior definição e menos desfoque do que o disponível anteriormente. A equipe usou a mesma tecnologia para observar os efeitos da ablação a laser no vidro. A ablação a laser é útil para remover com precisão material sólido de uma superfície e é usada tanto na indústria quanto na medicina. Os pesquisadores focaram um pulso de laser ultracurto de apenas 35 femtossegundos (um femtossegundo é igual a um quatrilionésimo de segundo) em uma placa de vidro. Usando o circuito de espectro, eles observaram o impacto do laser, as ondas de choque resultantes e o efeito que teve no vidro ao longo de picossegundos, nanossegundos e milissegundos.
Imagens de ablação a laser tiradas usando câmera de alta velocidade e intervalo de tempo ultraamplo. Aplicando esta nova tecnologia de imagem, os pesquisadores puderam ver a propagação da onda de choque e do plasma e o progresso do processamento do laser em escalas múltiplas de tempo (cerca de 10 a 100 picossegundos, cerca de 1 a 10 nanossegundos e cerca de 1 a 100 milissegundos). (Imagem: 2023 Saiki et al.)
“Pudemos ver a interação entre diferentes processos físicos que ocorrem ao longo do tempo e como eles tomaram forma”, disse Keiichi Nakagawa, professor associado do Departamento de Bioengenharia e do Departamento de Engenharia de Precisão da Universidade de Tóquio. “Nossa tecnologia oferece oportunidades para revelar fenômenos de alta velocidade úteis, mas desconhecidos, permitindo-nos observar e analisar esses processos ultrarrápidos.
“A seguir, planejamos usar nossa técnica de imagem para visualizar como as células interagem com ondas acústicas, como aquelas usadas em ultrassom e terapia por ondas de choque. Ao fazer isso, pretendemos compreender os processos físicos primários que ativam os efeitos terapêuticos subsequentes no corpo humano.” A equipe também quer usar o circuito de espectro para melhorar as técnicas de processamento a laser, identificando os parâmetros físicos que permitiriam uma fabricação mais rápida, precisa, consistente e econômica.
“Sempre fomos fascinados pelo poder da visualização para compreender fenômenos complexos. A oportunidade de descobrir e mostrar partes do mundo que antes estavam escondidas realmente nos atraiu para este campo”, disse Nakagawa. “Esperamos fazer amplas contribuições em vários campos, desde a biomedicina até a manufatura, materiais, meio ambiente e energia.”
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- Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64295.php
