Wetenschappers ontwikkelen hulpmiddelen om de biologische machinerie in in vivo diermodellen te observeren om ernstige hersenziekten zoals de ziekte van Alzheimer en vele andere aandoeningen te kunnen begrijpen en beter te behandelen. Holografische endoscopen trokken de aandacht van onderzoekers vanwege hun potentieel om minimaal invasieve waarnemingen in het menselijk lichaam uit te voeren.

Deze hulpmiddelen kunnen licht werpen op de biologische processen die plaatsvinden op macromoleculaire en subcellulaire niveaus, die gewoonlijk aan het zicht worden onttrokken, aangezien het meeste weefsel ondoorzichtig is voor zichtbare straling. In APL Fotonica , onderzoekers van het Leibniz Institute of Photonic Technology in Duitsland hebben een bijzonder smalle endoscoop gemaakt van enkele haardunne optische vezels die holografische methoden gebruikt om afbeeldingen van macroscopische objecten te reconstrueren die voor het uiteinde van de endoscoop zijn geplaatst.

"We waren positief verrast dat de beeldkwaliteit goed behouden bleef bij grotere beeldafstanden, zelfs voor objecten die op een halve meter van de endoscoop zijn geplaatst, " zei auteur Ivo Leite. "We verwachtten dat het lage aantal fotonen dat in dit bereik wordt verzameld, aanleiding zou geven tot veel hogere detectieruis."

Inspanningen bij beeldvorming door middel van multimode-vezelendoscopen waren voorheen gericht op werkafstanden die doorgaans kleiner zijn dan 20 micrometer om details op micrometerschaal op te lossen. Dit beperkt het gezichtsveld tot de grootte van de vezelkern.

De onderzoekers brachten de beeldvormingsoperatie naar de observatie van macroscopische objecten, die ver van de endoscoop kan worden geplaatst. Onderzoekers verhoogden de beeldprestaties in termen van beelddefinitie tot 100, 000 pixels per afbeeldingsframe, een orde van grootte groter dan eerdere holografische endoscopen en het bereiken van de definitie van moderne video-endoscopen.

Hun inspanningen effenen de weg om deze klasse van minimaal invasieve endoscopen naar klinische toepassingen te brengen. De macroscopische beeldvormingsmodaliteit die in dit onderzoek wordt getoond, zal essentieel zijn om biologische monsters op weefselschaal te analyseren - net zoals conventionele klinische endoscopen doen - en om het inbrengen van het instrument te begeleiden.

Zodra een interessegebied is geïdentificeerd, de hologramreeks die wordt weergegeven door de ruimtelijke lichtmodulator kan worden bijgewerkt om de beeldvormingsmodaliteit te wijzigen en observaties uit te voeren op cellulair en subcellulair niveau.

"Het potentieel voor een dergelijke flexibiliteit in beeldbewerking door dezelfde ongewijzigde endoscoop is een uniek kenmerk dat, we geloven, holografische endoscopen zouden binnenkort kunnen bieden, ", zei auteur Tomas Cizmar.

De lichtcontrolemethoden van de onderzoekers kunnen worden gebruikt om praktisch elk type fotonica-instrument te leveren via een haardunne endoscoop, die toepassingen kunnen hebben op een groot aantal gebieden, zoals optische transfectie, subcellulaire laserchirurgie, en laserondersteunde microfabricage.