En akademiker från University of Nottingham har vunnit ett prestigefyllt femårigt stipendium för att utforska användningen av ofarliga ljudvågor för att se djupt inne i levande celler för att underlätta tidig diagnos av sjukdomar som cancer.

Kungliga Ingenjörsakademien, Dr Fernando Perez-Cota, från tekniska fakulteten, bygger ett unikt bildinstrument som använder sub-optiskt våglängdsljud (eller fononer). Fononer används vanligtvis inom halvledar- och konsumentelektronikindustrin, deras användning i vetenskaplig bildbehandling är dock något nytt.

Dr Perez, från Optics and Photonics Group, förklarar:"Många befintliga optiska avbildningstekniker misslyckas eftersom de stör eller dödar celler i avbildningsprocessen, speciellt med användning av giftiga kemiska färgämnen. Ljud, i jämförelse, är ofarligt för livet. Ultraljud, till exempel, är den enda säkra metoden att avbilda levande mänskliga embryon.

"För att utnyttja detta på cellulär nivå, fononer är det rätta valet eftersom deras våglängder ligger inom nanometerområdet. Denna användning av mikroskopiskt ultraljud är för närvarande outnyttjad inom biovetenskap och sjukvård, men det har många potentiella fördelar inom 3D-bildbehandling, vilket är något jag kommer att undersöka i projektet."

Det nya ultraljudsmikroskopet kommer att använda korta laserpulser för att generera fononer som sprider sig in i cellen. Signalen fångar upp och återkopplar variationer i "hårdhet" (elasticitet) hos cellegenskaper (membran, kärna, etc) för att bygga upp en mer detaljerad 3D-bild som skulle kunna uppfattas med ljus.

Fononverktyget kommer att göra det möjligt för forskare att observera de mekaniska egenskaperna inuti levande celler i mycket högre upplösning än med nuvarande optiska eller akustiska metoder – vilket resulterar i bättre bildkvalitet – och under längre tidsperioder.

Forskare kan också använda verktyget för att studera hur onormala och friska celler kan svara olika på droger, förändringar i temperatur, kost och atmosfär.

Medan fononmikroskopet kommer att stödja större förståelse för många problem inom cellbiologi, Dr. Perez avser att fokusera sin forskning på hälsoproblem som cancer, parasitologi, osteoporos och fertilitet.

"Det finns en hel del bevis för att cancercellernas elasticitet skiljer sig markant från normala celler, dock att fånga egenskaperna hos dessa celler i mikroskopisk detalj har visat sig vara utmanande tidigare. Fononverktyget skulle potentiellt kunna hjälpa tidigare sjukdomsdiagnostik eller förbättra den vetenskapliga förståelsen av hur celler beter sig, muterar och sprider sig i människokroppen, " tillägger Dr. Perez.