Forskare utvecklar verktyg för att observera det biologiska maskineriet i in vivo djurmodeller för att kunna förstå och bättre behandla allvarliga hjärnsjukdomar som Alzheimers sjukdom och många andra tillstånd. Holografiska endoskop väckte forskarnas intresse på grund av deras potential att utföra minimalt invasiva observationer inuti människokroppen.

Dessa verktyg kan belysa de biologiska processerna som sker på makromolekylära och subcellulära nivåer, som vanligtvis förblir dolda för synen eftersom de flesta vävnader är ogenomskinliga för synlig strålning. I APL Photonics , forskare från Leibniz Institute of Photonic Technology i Tyskland skapade ett särskilt smalt endoskop av enstaka hårtunna optiska fibrer som använder holografiska metoder för att rekonstruera bilder av makroskopiska objekt placerade framför endoskopets bortre ände.

"Vi blev positivt överraskade över att bildkvaliteten bibehölls väl på större bildavstånd, även för föremål placerade på en halv meter från endoskopet, ", sa författaren Ivo Leite. "Vi förväntade oss att det låga antalet fotoner som samlas in i detta intervall skulle ge upphov till mycket högre detekteringsbrus."

Ansträngningar med att avbilda genom multimode-fiberendoskop fokuserade tidigare på arbetsavstånd som vanligtvis är mindre än 20 mikrometer för att lösa detaljer i mikrometerskala. Detta begränsar synfältet till storleken på fiberkärnan.

Forskarna tog avbildningsoperationen till observation av makroskopiska objekt, som kan placeras långt bort från endoskopet. Forskare ökade bildprestandan i termer av bilddefinition till 100, 000 pixlar per bildram, en storleksordning större än tidigare holografiska endoskop och når definitionen av moderna videoendoskop.

Deras ansträngningar banar väg för att föra denna klass av minimalt invasiva endoskop till kliniska tillämpningar. Den makroskopiska avbildningsmodaliteten som visas i denna studie kommer att vara väsentlig för att analysera biologiska prover i vävnadsskalan - precis som konventionella kliniska endoskop gör - samt för att styra instrumentinsättningen.

När en region av intresse har identifierats, hologramsekvensen som visas av den rumsliga ljusmodulatorn kan uppdateras för att byta bildmodalitet och utföra observationer på cellulära och subcellulära nivåer.

"Möjligheten för sådan flexibilitet vid bildbehandling genom samma omodifierade endoskop är en unik egenskap som, vi tror, holografiska endoskop kan snart erbjuda, " sa författaren Tomas Cizmar.

Forskarnas ljusstyrningsmetoder kan användas för att leverera praktiskt taget alla typer av fotonikverktyg genom ett hårtunt endoskop, som kan ha tillämpningar inom en rad områden, såsom optisk transfektion, subcellulär laserkirurgi, och laserassisterad mikrotillverkning.