新型透明微环装置可以测量眼后的生物活动

　　西北大学

　　一种可以装在隐形眼镜里的微小透明装置有着光明的未来，可能有助于从生物医学到地质学的一系列科学研究。

　　美国西北大学(Northwestern University)的科学家开发了一种名为“微环谐振器探测器”(Micro-ring resonator detector)的设备，可以测定眼球后部的血流速度和氧代谢率。这些信息可以帮助诊断诸如黄斑变性和糖尿病等常见和使人衰弱的疾病。

　　微环装置建立在张浩教授2006年开创性的光声成像工作基础上，光声成像是将声波和光波结合起来创造生物材料的图像。从纳米细胞成像到人类乳腺癌筛查，成像技术被广泛用于基础生物学研究和临床诊断。

　　三年来，生物医学工程副教授张与机械工程副教授孙成以及博士后研究员董碧琴和李浩共同研制了微环谐振器探测器。

　　张说:“我们相信，有了这项技术，光学超声检测方法将在视网膜光声成像和许多生物医学应用中发挥越来越重要的作用。”

　　该团队在该设备上的工作导致了一篇评论文章，发表在2017年1月版的《生物医学工程学报》上。

　　2006年，张博士正在探索新的视网膜成像技术，当时西北大学范伯格医学院眼科副教授阿曼尼·法齐(Amani Fawzi)博士找到他，希望他发明一种新的诊断设备，可以测量眼球后部的生物活动。

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　　张说:“我们需要一种具有足够大带宽的设备来实现空间分辨率。”“它需要具有光学透明度，以允许光线自由通过。”

　　当时的超声波检测设备通常体积庞大，不透明，灵敏度不够。而且他们的带宽有限。”“它只能捕捉到眼睛里发生的部分情况。”

　　为了迎接法齐的挑战，该团队需要开发一种完全不同类型的探测器——小到可以与人眼一起使用，软到可以集成到隐形眼镜中，同时产生数百兆赫的超高分辨率。

　　孙说:“难点在于制造它，让它适合隐形眼镜的大小，并让它仍然能工作。”

　　首先，该团队考虑了一种将针头大小的探测器放在眼睑上的装置，但这种方法并不理想。接下来，他们想到了在诊断期间佩戴的一次性隐形眼镜中植入一个小环的想法。

　　然而，这个想法增加了一个额外的挑战——使设备透明。

　　经过近三年的努力，他们创造了塑料微环谐振器，这是一种直径60微米，高1微米的透明装置。有一种趋势是在病人身上使用它。

　　在西北大学、美国国立卫生研究院、阿贡国家实验室和美国国家科学基金会的支持下，该团队继续改进该设备。

　　随着该设备的消息传开，来自不同领域的十几名科学家已经与该团队接洽，希望将其用于自己的工作。例如:

　　泌尿科医生希望使用该系统来研究乳腺癌细胞的光学，这些信息可能会导致新的治疗方法。

　　神经科学家有兴趣使用微环谐振器作为进入啮齿动物大脑的窗口，作为研究中风不同阶段大脑皮层药物保护的一种方式。“通常，研究人员使用一块纯玻璃，但这允许更多类型的成像，”张说。

　　地质学家的目标是利用这项技术来调查地壳和地震。“从地质学家那里听到消息——这是一个惊喜，”他补充说。