比睫毛还细的柔性成像仪

研究人员开发了一种非常薄、灵活的成像器，可用于从体内无创获取图像。这项新技术有朝一日可以实现早期和精确的疾病检测，为指导及时有效的治疗提供关键见解。

卡内基梅隆大学的研究团队负责人 Maysam Chamanzar说：“与现有的由相机和光学镜头或笨重的光纤束制成的大型内窥镜不同，我们的显微成像仪非常紧凑。我们的设备比典型的睫毛细得多，非常适合到达身体深处，而不会对组织造成重大损害。”

在《生物医学光学快报》杂志上，研究人员表明，这种微成像仪只有 7 微米厚（睫毛直径的十分之一），长约 10 毫米，可用于小鼠大脑，对大脑活动进行结构和功能成像。薄膜成像仪的宽度可以根据所需的视场和分辨率进行定制。

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显微成像仪实验装置

Chamanzar 说：“随着进一步发展，显微成像仪可以植入以进行短期或长期成像，或连接到导管上以对胃肠道或血管内部等身体内部部位进行成像。它还可以与手术工具一起使用，为外科医生提供实时视觉反馈，以改善手术结果并减少不良反应的机会。”

利用生物相容性聚合物

小型化内窥镜基于柔性光子平台，该平台使用生物相容性透明聚合物聚对二甲苯制造光子组件，例如波导。研究人员最初开发聚对二甲苯光子学是为了制造微型植入式设备，在组织中提供有针对性的光传输。

在这项新工作中，研究人员利用聚对二甲苯波导的双向能力（既可以传输又可以检测光）来创建一系列专为组织结构和功能成像而设计的波导。他们设计了一个带有波导的微成像仪，每个波导的两端都有一个微镜。

一个或多个波导提供光线以照亮组织，而背向散射光由微镜收集，耦合到其他单独的波导并传输到后端。在那里，光线被投射到图像传感器阵列上。通过这种设计，每个波导有效地中继组织图像的一个像素。

设计和演示这些内窥镜成像仪的博士生 M. Hassan Malekoshoaraie 说：“我们使用类似于微电子和微机电系统 （MEMS） 中使用的微尺度制造技术制造了微型内窥镜。这使得波导和微镜可以轻松定制，以所需的分辨率对各种组织进行成像。”

脑内成像

为了演示微型内窥镜，研究人员首先证明它可以对嵌入散射介质中的荧光微球进行成像，从而实现微球的 3D 定位。然后，他们使用显微成像仪捕获了表达绿色荧光蛋白的小鼠脑组织的荧光图像。最后，他们展示了来自小鼠脑组织的功能性神经成像，该脑组织表达了基因编码的钙指标，证明显微成像仪可以捕获神经功能。

研究团队的神经科学家 Vishal Jain 说：“我们通过将内窥镜获得的功能性光学图像与地面真实电生理学记录进行比较，验证了这些图像，观察到成像数据和电生理学之间如此强烈的对应关系令人鼓舞。”

研究人员表示，这项工作是朝着他们实现对神经组织进行成像的总体目标迈出的一步。Chamanzar 说：“我们最终希望能够将神经活动与参与群体活动的特定细胞类型的转录谱相关联”。

接下来，研究人员希望将光源、图像传感器阵列和滤波器集成到设备的后端，以实现用于体内应用的完全集成的独立显微成像仪。这可能允许通过手术将显微成像仪植入组织中，用于肿瘤切除后残留癌细胞成像或治疗后监测疾病进展等应用。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1364/BOE.558778