En liten, transparent enhet som kan passa in i en kontaktlins har en ljus framtid, potentiellt hjälpa en rad vetenskapliga strävanden från biomedicin till geologi.

Utvecklad av forskare från Northwestern University, enheten, kallad mikroringresonatordetektor, kan bestämma hastigheten på blodflödet och syremetabolismen längst bak i ögat. Denna information kan hjälpa till att diagnostisera sådana vanliga och försvagande sjukdomar som makuladegeneration och diabetes.

Micro-ring-enheten bygger på professor Hao F. Zhangs banbrytande arbete 2006 för att utveckla fotoakustisk bildbehandling, som kombinerar ljud- och ljusvågor för att skapa bilder av biologiska material. Avbildningstekniken utforskas brett för både grundläggande biologiska undersökningar och klinisk diagnos, från nanoskopisk cellulär avbildning till human bröstcancerscreening.

I tre år, Zhang, docent i biomedicinsk teknik, arbetat med Cheng Sun, docent i maskinteknik, och deras postdoktorala stipendier Biqin Dong och Hao Li för att skapa mikroringresonatordetektorn.

"Vi tror att med denna teknik, optiska ultraljudsdetekteringsmetoder kommer att spela en allt viktigare roll vid fotoakustisk avbildning för näthinnan och många biomedicinska tillämpningar, " sa Zhang.

Teamets arbete med enheten resulterade i en recensionsartikel, publicerad i januari 2017-upplagan av tidskriften Transaktioner på biomedicinsk teknik .

Under 2006, Zhang undersökte ny näthinneavbildningsteknik när Dr. Amani Fawzi, nu docent i oftalmologi vid Northwesterns Feinberg School of Medicine, kontaktade honom för att skapa en ny diagnostisk apparat som kunde mäta biologiska aktiviteter på baksidan av ögat.

"Vi behövde en enhet som hade tillräckligt stor bandbredd för rumslig upplösning, ", sa Zhang. "Och det behövde vara optiskt transparent för att tillåta ljus att gå igenom fritt."

"Den tidens ultraljudsdetektionsenheter var vanligtvis skrymmande, ogenomskinlig, och inte tillräckligt känslig. Och de hade begränsad bandbredd, "Sa Sun. "Den kunde bara fånga en del av det som hände i ögat."

För att möta Fawzis utmaning, teamet behövde utveckla en radikalt annorlunda typ av detektor – tillräckligt liten för att användas med mänskliga ögon, mjuk nog att integreras i en kontaktlins och ändå generera en superhög upplösning på hundratals megahertz.

"Problemet var att tillverka det, få den att passa i storleken av en kontaktlins, och få det fortfarande att fungera, " sa Sun.

Först, teamet övervägde en enhet som placerade den nålstora detektorn på ögonlocket, men den metoden var inte idealisk. Nästa, de landade på idén om en liten ring implanterad i en kontaktlins för engångsbruk som bärs under diagnosen.

Dock, den idén gav en extra utmaning – att göra enheten transparent.

Efter nästan tre års arbete, de skapade plastmikroringsresonatorn, en transparent enhet som är 60 mikrometer i diameter och 1 mikron hög. Det finns en rörelse mot att använda det med patienter.

Teamet fortsätter att förbättra enheten med stöd från Northwestern, National Institutes of Health, Argonne National Laboratory, och National Science Foundation.

Allt eftersom ryktet sprids om enheten, ett dussintal forskare från en mängd olika områden har kontaktat teamet för att anpassa det för sitt eget arbete. Till exempel:

• Onkologer vill använda systemet för att studera optiken hos bröstcancerceller, information som kan leda till nya behandlingar.
• Neuroforskare är intresserade av att använda Micro-ring-resonatorn som ett fönster in i gnagarhjärnor som ett sätt att studera läkemedelsskydd för cortex under olika punkter av en stroke. "Vanligtvis, forskare använder en ren glasbit, men detta möjliggör många fler typer av bildbehandling, " sa Zhang.
• Geologer siktar på att använda tekniken för att undersöka jordskorpan och jordbävningen. "Att höra från en geolog - det var en överraskning, " han lade till.