علوم اعصاب در دنیای روزمره

پیشرفت‌های اخیر در دستگاه‌های طیف‌سنجی عملکردی NIR (fNIRS) و ابزارهای پردازش سیگنال، مجموعه آزمایش‌های بدون محدودیت را برای تحقیقات علوم اعصاب گسترش می‌دهد.ما  بر پیشرفت های انجام شده در مرکز نوروفوتونیک به سمت "علوم اعصاب در دنیای روزمره" تمرکز دارد.

طیف سنجی چند کنتراست بالینی

تلاش‌های اخیر برای اجرای طیف‌سنجی چند کنتراست در ترکیب با تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی را برای بهبود تشخیص بالینی و فعال کردن درمان شخصی‌سازی شده برجسته می‌کند. با پیروی از شعار "از ایده ها تا ابزار"، تمرکز او بر اجرای رویکردهای طیف سنجی چند کنتراست، با تمرکز بر طیف سنجی رامان در کاربردهای معمول بالینی است.  به زمینه های کاربردی پزشکی بیماری های عفونی و سرطان می پردازد که به روش های جدید تشخیص افتراقی برای تشخیص زودهنگام و درمان شخصی نیاز دارند.

طیف سنجی چند کنتراست بالینی

تلاش‌های اخیر برای اجرای طیف‌سنجی چند کنتراست در ترکیب با تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی را برای بهبود تشخیص بالینی و فعال کردن درمان شخصی‌سازی شده برجسته می‌کند. با پیروی از شعار "از ایده ها تا ابزار"، تمرکز او بر اجرای رویکردهای طیف سنجی چند کنتراست، با تمرکز بر طیف سنجی رامان در کاربردهای معمول بالینی است.  به زمینه های کاربردی پزشکی بیماری های عفونی و سرطان می پردازد که به روش های جدید تشخیص افتراقی برای تشخیص زودهنگام و درمان شخصی نیاز دارند.

طیف سنجی رامان به سرعت COVID-19 را تشخیص می دهد

طیف سنجی رامان به تشخیص سریع ابزاری کلیدی در مبارزه با همه‌گیری COVID-19 برای ردیابی دقیق این ویروس است که کجا بوده است و کجا ممکن است به بعد منتقل شود. Guenther یک تکنیک طیف‌سنجی رامان ارتقا یافته سطحی را ارائه می‌کند که از نانوذرات فلزی و تحریک لیزری برای افزایش تشخیص ردیابی شاخص‌های ویروسی مانند پروتئین اسپایک یا آنتی‌بادی‌های حاصل استفاده می‌کند.سرعت COVID-19 را تشخیص می دهد

تغییر شکل بافت شناسی با یادگیری عمیق

یادگیری عمیق دسته ای از تکنیک های یادگیری ماشینی است که از شبکه های عصبی مصنوعی چند لایه برای تجزیه و تحلیل خودکار سیگنال ها یا داده ها استفاده می کند. این نام از ساختار کلی شبکه‌های عصبی عمیق گرفته شده است که از چندین لایه از نورون‌های مصنوعی تشکیل شده‌اند که هر یک عملیات غیرخطی را انجام می‌دهند و روی هم قرار گرفته‌اند. فراتر از کاربردهای رایج، مانند تشخیص و برچسب گذاری ویژگی های خاص در تصاویر، یادگیری عمیق فرصت های متعددی را برای ایجاد تحول در شکل گیری تصویر، بازسازی و میدان های حسی در اختیار دارد. در واقع، یادگیری عمیق بسیار قدرتمند است و محققان اپتیک را با آنچه می تواند برای پیشرفت میکروسکوپ نوری و معرفی روش های جدید بازسازی و تبدیل تصویر به دست آورد، شگفت زده کرده است. طراحی‌ها و دستگاه‌های نوری الهام‌گرفته از فیزیک به سمت طرح‌های مبتنی بر داده حرکت می‌کنند که سخت‌افزار نوری و نرم‌افزار نوری نسل بعدی میکروسکوپ و سنجش را تغییر می‌دهند و این دو را به روش‌های جدیدی ترکیب می‌کنند.

اوزجان یک تصویر را نمونه برداری می کند و سپس با استفاده از کامپیوتر روی آن عمل می کند. با استفاده از یادگیری عمیق، میکروسکوپ‌ها و حسگرهای نوری نسل بعدی یک صحنه یا یک شی را درک می‌کنند و بر این اساس تصمیم می‌گیرند که چگونه و چه چیزی را براساس یک کار مشخص نمونه‌برداری کنند. این امر مستلزم پیوند کامل یادگیری عمیق با سخت افزار میکروسکوپ نوری جدید است که بر اساس داده ها طراحی شده است. برای چنین میکروسکوپ فکری، یادگیری بدون نظارت کلیدی برای افزایش تأثیر آن بر حوزه‌های مختلف علم و مهندسی است، که در آن دسترسی به داده‌های تصویر برچسب‌گذاری شده ممکن است فوراً در دسترس نباشد یا ممکن است پرهزینه و دشوار باشد. او مروری بر کار اخیر در مورد استفاده از شبکه‌های عصبی عمیق در پیشرفت میکروسکوپ محاسباتی و سیستم‌های سنجش ارائه می‌کند و کاربردهای زیست پزشکی این سیستم‌ها را پوشش می‌دهد.

لیزر برای میکروسکوپ کانفوکال

لیزرها زمانی "راه حلی برای جستجوی مشکل" نامیده می شدند. این کلمه-که مخفف عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of تابش است-برای به تصویر کشیدن تصاویر سلاح های مرگبار از فیلم ها و سریال های علمی تخیلی استفاده می شود. با این حال ، استفاده روزافزون آنها در زندگی روزمره ، ابتدا در دستگاه های پخش سی دی و سپس در اسکنرها و نشانگرهای بارکد ، باعث شده است که آنها به نظر برسند.

آنها همچنین برای میکروسکوپ کانفوکال مناسب هستند.

منبع نوری مناسب برای میکروسکوپ کانفوکال

اولین انتشار لیزر توسط تئودور میمن در 16 مه 1960 ایجاد شد و کار در Nature منتشر شد - پس از رد شدن توسط Physical Review Letters.

اما چه چیزی لیزرها را بسیار خاص می کند؟ پاسخ آسان است: توانایی آنها در ایجاد یک پرتو شدید و بسیار باریک از نور به طول یک موج. این پرتو در فواصل بسیار طولانی باریک می ماند ، که این امر را برای کاربردهای طولانی مدت بسیار مفید می کند ، مانند پرتاب آن از یک بازتابنده کوچک در سطح ماه. قطر کوچک پرتو لیزر آنها را به ویژه به عنوان منابع نوری برای میکروسکوپ اسکن کانفوکال مناسب می کند.

منبع نوری مناسب برای روشنایی کانونی باید روشن ، پایدار ، به راحتی متمرکز و البته در طول موج مناسب باشد. سایر ملاحظات عبارتند از میزان تولید گرما و سر و صدا و بدیهی است که هزینه خرید و اجرای آن شامل مصرف انرژی است.

روشنایی

قدرت در واحد سطح یا روشنایی مشخصه لیزرها است. از آنجا که قطر پرتو لیزر معمولاً در محدوده کمتر از یک میلی متر است ، حتی یک لیزر چند مگاواتی نقطه ای از نور بسیار روشن را تولید می کند ، دقیقاً به این دلیل که تمام انرژی آن بر آن نقطه متمرکز است. به هر حال ، این چیزی است که لیزر را برای چشم خطرناک می کند.

یکنواختی و ثبات روشنایی

شدت ، مشخصات پرتو و جهت ، همه عوامل مهمی در حین تهیه تصویر هستند که روشنایی یکنواخت را تضمین می کنند. روشنایی باید نه تنها در حین کسب بلکه در روز به روز پایدار باشد تا مقایسه اندازه گیری های انجام شده در روزهای مختلف امکان پذیر باشد.

تمرکز

توانایی تمرکز نور بر روی نقطه محدود با پراش از اهمیت بالایی در میکروسکوپ کانونی برخوردار است. تمرکز لیزری که با پرتو غیر واگرا ساطع می کند بسیار آسان است.

طول موج

طول موج ، که به نوع لیزر متصل است ، بیشترین بحث را دارد. در حقیقت ، نوع لیزر دارای بخش مخصوص به خود است و انتخاب نوع لیزر را می توان یکی از مهمترین تصمیمات دانست.

انواع لیزر

3 نوع اصلی لیزر در میکروسکوپ کانفوکال استفاده می شود:

گاز: لوله های شیشه ای یا کوارتز پر از گاز که توسط تخلیه های الکتریکی ولتاژ بالا پمپ می شوند

نیمه هادی: دیودهایی که با اعمال جریان در محل اتصال لایه های نیمه هادی پمپ می شوند

کریستال (حالت جامد): میله های بلور فلورسنت که توسط نور در طول موج مناسب پمپ می شوند

البته هر دو دستگاه دیود و کریستال حالت جامد دارند ، اما نحوه عملکرد آنها متفاوت است. بنابراین ، آنها به طور جداگانه طبقه بندی می شوند - معمولاً "حالت جامد" به لیزرهای کریستالی اشاره دارد. این امر برای ما که به hi-fi علاقه داریم ، گیج کننده است ، جایی که "حالت جامد" همیشه به تجهیزات دیود (ترانزیستور) اشاره می کند ، در مقایسه با دستگاه های خلاء لوله!

گاز

هنگامی که میکروسکوپ کانفوکال به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت ، از گاز ، هلیوم نئون (HeNe) ، لیزرها به عنوان منابع نوری استفاده شد. این لیزرها نسبتاً ضعیف ، در حدود 0.5 میلی وات ، با خطوط در 633 نانومتر و 543 نانومتر بودند ، دومی برای فلوروکروم های محدودی که در آن زمان در دسترس بود مفیدتر بود. لیزر گازی دیگر ، لیزر Argon (Ar) با دو انتشار برجسته در 488 نانومتر و 514 نانومتر بهتر بود ، به ویژه اینکه خط 488 نانومتر آن FITC کامل و مشتقات آن و همچنین GFP است. لیزرهای Ar هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرند و پنج خط تحریک مختلف در محدوده آبی/سبز-سبز ارائه می دهند.

کریستال و دیود

اگرچه لیزرهای گازی هنوز در حال استفاده هستند ، اما واحدهای کریستالی و دیودی در حال تسخیر هستند. آنها پایدارتر هستند و گرمای کمتری تولید می کنند. بنابراین ، لیزرهای کریستالی و دیودی نیازی به خنک کننده فن فعال ندارند. اگر ساعات طولانی را از کانفوک استفاده می کنید ، برای گوش شما بسیار مفید است. آنها همچنین طیف وسیعی از طول موجها را منتشر می کنند. اکثر آنها لیزرهای پالسی هستند ، که آنها را برای تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM) نیز مناسب می کند. آنها فقط می توانند در یک طول موج ساطع کنند ، بنابراین تعدادی منبع لیزر برای طول موج های متعدد مورد نیاز است ، با پنج خط مختلف که معمولاً برای طیف وسیعی از رنگها در محدوده قابل مشاهده برانگیخته می شوند.

امروزه از لیزرهای دیود 405 نانومتری برای UV استفاده می شود ، زیرا می توانند DAPI را به شدت تحریک کنند (البته در لبه منحنی تحریک آن) که طول موجهای کوتاهتری لازم نیست. این لیزرها همچنین می توانند برای پروتئین های فلورسنت تحریک شده با رنگ آبی عمیق استفاده شوند.

لیزرها می توانند در میکروسکوپ کانفوکال به روشهای پیشرفته تر و همه کاره تر از فلوروفورهای هیجان انگیز با استفاده از تعداد معینی و طول موج استفاده شوند. این نتیجه توسعه کلاسهای جدید لیزر است که در مقاله دیگری به آن خواهیم پرداخت.

حسگرهای زیستی نوری ، بیوفوتونیک و تصویربرداری زیستی

حسگرهای زیستی نوری

حسگرهای زیستی فلورسنت

حسگرهای زیستی نوری دارای برچسب و علامت گذاری نشده

کاربردهای حسگرهای زیستی نوری

پیشرفت های اخیر در حسگرهای زیستی نوری

حسگرهای زیستی نوری و نانوحسگرها: طراحی و کاربردها

حسگرهای زیستی رزونانس پلاسمون سطحی

رزونانس پلاسمون موضعی

حسگرهای زیستی فلورسانس موج درخشان

حسگرهای زیستی فیبر نوری بیولومینسنت

حسگرهای زیستی تداخل سنجی موج نوری

حسگرهای زیستی بیضی سنجی

حسگرهای زیستی طیف سنجی تداخل بازتابی

حسگرهای زیستی پراکنده رامان سطح افزایش یافته است

بیوفوتونیک و تصویربرداری

بیوفوتونیک

اپتیک زیست پزشکی

نور و ماده

فعل و انفعالات نور و ماده

لیزرها ، تکنولوژی لیزری فعلی و اپتیک غیر خطی

فوتوبیولوژی

تصویربرداری زیستی: اصول ، تکنیک ها و کاربردها

حسگرهای زیستی نوری

فناوری ریزآرایه برای ژنومیک و پروتئومیکس

فلوسیتومتری

درمان فعال شده با نور: درمان فوتودینامیکی

مهندسی بافت با نور

موچین لیزری و قیچی لیزری

فناوری نانو برای بیوفوتونیک: بیونانوفوتونیک

مواد زیستی برای فوتونیک

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

طیف سنجی چند منظوره بالینی

میکروسکوپ Confocal Superresolution کوانتومی افزایش یافته است

تجزیه و تحلیل کمی از اندام های دست نخورده با استفاده از میکروسکوپ ورق های تطبیقی

یادگیری عمیق میکروسکوپ نوری پیشرفت می کند

پلت فرم طیف سنجی نوری نوری عملکرد نقطه ای برای اندازه گیری دقیق متابولیسم تومور in vivo و عروق در حیوانات کوچک

تصویربرداری چند منظوره: تصویربرداری عکس عکس و بیشتر

تصویربرداری نوری چندگانه Multimodal بدون برچسب مغز ماوس

تکنیک های پیشرفته Optoacoustic و فلورسانس برای تصویربرداری مقیاس پذیر غیر تهاجمی مغز پستانداران

طیف سنجی رامان به سرعت Covid-19 را تشخیص می دهد

توموگرافی انسجام نوری کامل

فیلترهای نوری بالا پایان: چالش ها و راه حل ها برای بهینه سازی تجزیه و تحلیل فلورسانس

محور دوگانه اکتبر برای تشخیص

استقرار بالینی یک تکنولوژی پلت فرم برای شناسایی اسپکتروسکوپی بیماری ها

پیشبرد دوره ترجمه OCT برای ارزیابی دینامیک گوشواره و عفونت های گوش میانی

نرم، بیولوژیک بی اپتوالکترونیک های عصبی

فشار سرعت تصویربرداری در میکروسکوپ چندگانه را فشار می دهد

روش های تقویت کننده جدید برای تشخیص ویروس ها

لیزرهای Femtosecond برای جراحی بافت های با رزولوشن بالا

علوم اعصاب در دنیای روزمره

تصویربرداری PhotoAcoustic مبتنی بر LED: از نیمکت تا بستر

گسترش قابلیت های با تصویربرداری Nir Confocal

لیزر در دندانپزشکی: گذشته، حال، و آینده

کم هزینه، سنسورهای بیومارکر پروتئین جمع و جور بر اساس میکروسکوپ بدون لنز

تغییر خون هیستوپاتولوژی با یادگیری عمیق

sesors برای تصویربرداری پیش از موعد از سرطان

ساده سازی میکروسکوپ فلورسانس ساده با استفاده از تکنولوژی نسل بعدی لیزر

جریان سیاتومتری: یک راه طولانی، بسیار چپ به انجام

راه حل های فیبر نوری برای دستگاه های پزشکی