Pechino: i ricercatori stampano in 3D un sistema fotoacustico più potente
Sebbene l’acustica in campo oscuro possa sembrare misteriosa, riguardano le capacità di imaging che sono utili ai ricercatori in una vasta gamma di applicazioni. In ” Un versatile sistema di microscopia fotoacustica a risoluzione acustica in campo scuro aiutato dalla stampa 3D “, gli autori Chenyao Wen, Lingyi Zhao, Tao Han, Wenzhao Li, Guangjie Zhang e Changhui Li, tutti dell’Università di Pechino a Pechino, utilizzano nuove tecniche per creare un sistema di microscopia fotoacustica più forte e flessibile.
L’imaging fotoacustico si basa su impulsi e pressione, in definitiva, per indirizzare immagini specifiche; ad esempio, i sistemi PAT sono famosi per l’uso da parte dei ricercatori coinvolti nell’imaging biomedico per le scienze della vita e la diagnosi clinica. I sistemi AR-PAM sono ancora più popolari per l’uso da parte degli scienziati, offrendo un approccio più snello rispetto ai sistemi PAT più complessi, insieme a vantaggi come meno artefatti da ricostruzione, maggiore sensibilità e più convenienza d’uso.
“Fino ad ora, i sistemi AR-PAM con diversi tipi di trasduttori (gamma di frequenza compresa tra 5 MHz e 50 MHz) sono stati utilizzati con successo nell’imaging di vari tessuti biologici, tra cui pelle, cervello, intestino, occhi e addome dei ratti “.
I sistemi a campo oscuro utilizzano un’illuminazione a campo scuro “a forma di ciambella” che è posizionata sotto un trasduttore ultrasonico e può essere utilizzata per eliminare i segnali fotoacustici indesiderati, consentendo nel contempo onde PA; tuttavia, a causa della qualità opaca del trasduttore ultrasonico, è necessario utilizzare un condensatore ottico personalizzato.
Gli autori sottolineano che mentre i precedenti laboratori hanno creato diversi tipi di condensatori, inclusi quelli che utilizzano la riflessione interna e la riflessione a specchio, tali scelte non sono sempre adatte all’uso in laboratorio. Qui, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo sistema con parti stampate in 3D a basso costo e un fascio di fibre per accoppiamento ottico e consegna. Il nuovo sistema significa anche che l’angolo di illuminazione è sintonizzabile e che i trasduttori sono facilmente sostituibili.
“Un Ti sintonizzabile: laser pulsato zaffiro (LT-2211A, LOTIS TII, Minsk, Bielorussia) pompato da un laser a pompa Nd: YAG a commutazione Q (LS-2137/2, LOTIS TII, Minsk, Bielorussia) è servito come sorgente di illuminazione , che ha una frequenza di ripetizione di 10 Hz e una larghezza di impulso di 16-ns. Il laser a infrarossi vicini (NIR) a 800 nm è stato generato dal laser pulsato Ti: sapphire. Il fascio di fibre è costituito da un totale di 5670 fibre di vetro multimodali (diametro del nucleo, 50 μm; NA, 0,62) con un’estremità terminale combinata (diametro, 5 mm) per l’ingresso laser e nove estremità terminali di ramificazione uguali (diametro, 1,5 mm) per uscita laser “, hanno spiegato gli autori.
Invece di offrire una sola fibra multimodale, i ricercatori hanno cercato maggiore potenza con un fascio di fibre, costituito da fibre “randomizzate in nove rami”. Ogni terminale era montato attorno al condensatore stampato in 3D, composto da giunti regolabili stampati in 3D, con un trasduttore ultrasonico al centro.
Il condensatore stampato in 3D è costituito da:
Supporto per fibra
Adattatore per trasduttore
Pezzi di interconnessione
Anello di regolazione dell’angolazione
Corpo principale
Il design del condensatore e degli adattatori stampati in 3D ha anche permesso ai ricercatori di adattarsi a trasduttori di dimensioni diverse. Ciò che è ancora più impressionante, tuttavia, è che il costo complessivo per la stampa 3D del condensatore era di $ 10 USD, con l’assemblaggio completato in un’ora.
“Solo pochi dadi metallici sono stati incollati sul condensatore poiché la stampa 3D non è in grado di stampare robusti filetti a vite fine in materiale resinoso. I file di stampa 3D e il design in fibra sono disponibili gratuitamente su richiesta “, hanno spiegato i ricercatori.
Per entrambi gli esperimenti di simulazione e fantasma, i ricercatori hanno utilizzato le seguenti misurazioni:
Angolo di illuminazione di 30 gradi
Diametro esterno e diametro interno della ciambella – rispettivamente 20mm e 12mm
Schemi di illuminazione di fasci di fibre – un cerchio con un diametro di 4 mm
Diametro interno di nove cerchi fissato a 12 mm
Durante la simulazione, i ricercatori hanno capito che la profondità ha avuto un forte impatto sulla potenza del sistema e, in particolare, sulla fluenza ottica tra il fascio di fibre e l’illuminazione della ciambella.
“Sebbene il fascio di fibre abbia un terminale molto più grande per l’accoppiamento laser, l’efficienza di accoppiamento è generalmente inferiore a quella di una singola fibra multimodale”, hanno concluso i ricercatori. “È perché esistono spazi interfibra che sprecano parte del laser illuminante. Un modo alternativo consiste nell’utilizzare i cosiddetti “Fused End Bundles” di CeramOptec®, che potrebbero contribuire ad aumentare l’efficienza di accoppiamento.
“… L’attuale sistema è più adatto per trasduttori a bassa frequenza relativi che richiedono angoli di illuminazione più piccoli. Poiché anche l’obiettivo ottico per la stampa 3D diventa popolare, esploreremo i metodi per far convergere il laser in uscita incollando una lente stampata sulla parte superiore del terminale del fascio di fibre ramificate in lavori futuri. ”
Schema del condensatore stampato in 3D e meccanismo di modifica dell’angolo di illuminazione. (a) Schema strutturale del condensatore. TA, adattatore per trasduttore; ADR, anello di regolazione dell’angolazione; FH, supporto per fibra; ICP, pezzi di interconnessione. Vista multimediale: https://doi.org/10.1063/1.5094862.1 (b) Vista in sezione del titolare; l’angolo θ (contrassegnato come una curva verde) tra il sensore e la fibra cambia a seguito del movimento verticale dell’ADR, che è contrassegnato come una doppia freccia rossa. (c) Fotografia di modelli di ciambelle illuminate con tre diverse angolazioni di 20 ○, 30 ○ e 45 ○. 