Il piccolo, Il dispositivo Micro-ring trasparente può essere inserito in una lente a contatto. Credito:Cheng Sun
Un piccolo, dispositivo trasparente che può essere inserito in una lente a contatto ha un futuro brillante, potenzialmente aiutare una serie di sforzi scientifici dalla biomedicina alla geologia.
Sviluppato dagli scienziati della Northwestern University, il dispositivo, chiamato il rivelatore risonatore micro-anello, può determinare la velocità del flusso sanguigno e il tasso metabolico dell'ossigeno nella parte posteriore dell'occhio. Queste informazioni potrebbero aiutare a diagnosticare malattie comuni e debilitanti come la degenerazione maculare e il diabete.
Il dispositivo Micro-ring si basa sul lavoro pionieristico del professor Hao F. Zhang nel 2006 per sviluppare immagini fotoacustiche, che combina onde sonore e luminose per creare immagini di materiali biologici. La tecnica di imaging è ampiamente esplorata sia per le indagini biologiche fondamentali che per la diagnosi clinica, dall'imaging cellulare nanoscopico allo screening del cancro al seno umano.
Per tre anni, Zhang, professore associato di ingegneria biomedica, ha lavorato con Cheng Sun, professore associato di ingegneria meccanica, e i loro borsisti post-dottorato Biqin Dong e Hao Li per creare il rivelatore risonatore micro-anello.
"Crediamo che con questa tecnologia, i metodi di rilevamento degli ultrasuoni ottici svolgeranno un ruolo sempre più importante nell'imaging fotoacustico per la retina e in molte applicazioni biomediche, " disse Zhang.
Il lavoro del team sul dispositivo ha portato a un articolo di revisione, pubblicato nell'edizione di gennaio 2017 della rivista Transazioni sull'ingegneria biomedica .
Nel 2006, Zhang stava esplorando nuove tecnologie di imaging retinico quando il dottor Amani Fawzi, ora professore associato di oftalmologia presso la Feinberg School of Medicine della Northwestern, si avvicinò a lui per creare un nuovo dispositivo diagnostico in grado di misurare le attività biologiche nella parte posteriore dell'occhio.
"Avevamo bisogno di un dispositivo che avesse una larghezza di banda sufficientemente ampia per la risoluzione spaziale, " ha detto Zhang. "E doveva essere otticamente trasparente per consentire alla luce di passare liberamente".
"I dispositivi di rilevamento a ultrasuoni di quel tempo erano generalmente ingombranti, opaco, e non abbastanza sensibile. E avevano una larghezza di banda limitata, " ha detto Sun. "Poteva catturare solo una parte di ciò che stava accadendo negli occhi".
Per vincere la sfida di Fawzi, il team aveva bisogno di sviluppare un tipo di rilevatore radicalmente diverso, abbastanza piccolo da poter essere utilizzato con gli occhi umani, abbastanza morbido da essere integrato in una lente a contatto e tuttavia generare una risoluzione super alta di centinaia di megahertz.
"Il problema era fabbricarlo, farlo entrare nelle dimensioni di una lente a contatto, e fallo funzionare ancora, " ha detto Sole.
Primo, il team ha considerato un dispositivo che posizionasse il rilevatore delle dimensioni di un ago sulla palpebra, ma quel metodo non era l'ideale. Prossimo, sono atterrati sull'idea di un minuscolo anello impiantato in una lente a contatto monouso indossata durante la diagnosi.
Però, quell'idea ha aggiunto una sfida in più, rendendo il dispositivo trasparente.
Dopo quasi tre anni di lavoro, hanno creato il risonatore Micro-ring in plastica, un dispositivo trasparente di 60 micron di diametro e 1 micron di altezza. C'è movimento verso l'utilizzo con i pazienti.
Il team continua a migliorare il dispositivo con il supporto di Northwestern, gli Istituti Nazionali di Sanità, Laboratorio Nazionale Argonne, e la Fondazione Nazionale della Scienza.
Man mano che si sparge la voce sul dispositivo, circa una dozzina di scienziati di diversi campi si sono rivolti al team per adattarlo al proprio lavoro. Ad esempio:
