Gli ingegneri Caltech hanno migliorato una tecnica per acquisire immagini microscopiche tridimensionali (3D) di tessuto, permettendo loro di vedere all'interno delle creature viventi con maggiore precisione di prima.

La tecnologia, chiamata microscopia fotoacustica 3-D (PAM), bombarda il tessuto con un raggio laser. Quando l'energia della luce laser viene assorbita, fa vibrare il tessuto in modo ultrasonico. Tali vibrazioni vengono rilevate da sensori e utilizzate per assemblare un'immagine delle strutture interne del tessuto in un processo simile all'imaging a ultrasuoni.

La tecnica è stata inventata da Lihong Wang, Bren Professor di Caltech di ingegneria medica e ingegneria elettrica, e il suo team nel Caltech Optical Imaging Laboratory, parte del dipartimento di ingegneria medica di Andrew e Peggy Cherng nella divisione di ingegneria e scienze applicate.

Un vincolo della tecnologia fino a questo punto è stata la sua limitata profondità di campo, la gamma alla quale gli oggetti sono a fuoco. Questo fenomeno sarebbe familiare a chiunque abbia usato una macchina fotografica. Quando la fotocamera è a fuoco su un oggetto vicino, gli oggetti sullo sfondo saranno sfocati. Quando la fotocamera è a fuoco su qualcosa in lontananza, gli oggetti vicini sono sfocati.

Mentre tale sfocatura può aggiungere un tocco artistico su Instagram, non è desiderabile nell'imaging medico 3D, così Wang e il suo team hanno deciso di modificare la loro tecnologia per ridurre al minimo l'effetto. In un articolo pubblicato nel numero del 3 ottobre di Comunicazioni sulla natura , descrivono una forma modificata della tecnologia che chiamano microscopia fotoacustica a risoluzione spazialmente invariante, o SIR-PAM.

SIR-PAM si basa sulla precedente tecnologia PAM pre-elaborando il raggio laser con un chip ottico specializzato presente in alcuni tipi di televisori e proiettori. Il chip divide il raggio in due, e ciascuno di quei raggi bombarda l'oggetto da riprendere da un'angolazione diversa.

Quando i raggi si incrociano all'interno dell'oggetto, creano schemi di interferenza precisi che forniscono le firme acustiche necessarie per costruire un'immagine 3D chiara delle strutture interne in tutta l'area scansionata.

Queste modifiche danno a SIR-PAM una profondità di campo 32 volte maggiore di quella che PAM potrebbe raggiungere, migliorando anche la sua risoluzione fino a 90 nanometri (1/1000 della larghezza di un capello umano).

"Questo ci dà la possibilità di guardare attraverso materiali opachi e vedere cosa c'è dentro, " dice Wang. "È come un'estensione dell'occhio umano, come la visione a raggi X di Superman."

"La fotoacustica è unica, ", dice. "Può essere ridimensionato per visualizzare qualsiasi cosa, dalle strutture all'interno di una cellula fino a un intero organismo, offrendo un'opportunità senza precedenti per la ricerca biologica omniscale con un contrasto di imaging coerente".

Il documento è intitolato "Microscopia fotoacustica volumetrica immobile con risoluzione spazialmente invariante".