Kozica mantis je znana predvsem po kroglah, podobnih kroglam, ki so navdušile tako super močne kompozitne materiale za prihodnji oklep, kot tudi virusni spletni strip o radovednem raku. Vendar se izkaže, da so oči živali prav tako zanimive kot kremplji.
Sorodne vsebine
- Medical Mistletoe: Ali se lahko rastlinska rastlina resnično bori proti raku?
Skupina raziskovalcev si je prizadevala za modeliranje sestavljenih oči kozice in polariziranega vida mantis, da bi ustvarili kamero, ki bi lahko odkrila različne oblike raka. Zdaj imajo senzor za kamero z dobrim konceptom, ki je manjši, enostavnejši in natančnejši od prejšnjih poskusov polariziranega slikanja.
Meddisciplinarna skupina, vključno z nevrobiologom na univerzi v Queenslandu v Avstraliji, računalniški inženir na Washingtonski univerzi v St. Louisu in drugi z univerze Maryland, okrožje Baltimore in univerze Bristol v Angliji, je nedavno objavila delo v Zbornik IEEE (Inštitut inženirjev elektrotehnike in elektronike) .
Kozice mantis, kot nekatere žuželke, lignji in drugi glavonožci, vidijo razlike v polarizirani svetlobi - to je svetloba, ki seva v različnih ravninah - na podoben način, kot bi lahko videli kontrast med črno steno in belo mizo. Živali uporabljajo to sposobnost zaznavanja plena, iskanja partnerja in izogibanja pojesti.
Toda polarizirano svetlobo lahko uporabimo tudi za prikaz stvari, ki jih človeško oko ne more, na primer rakave celice. Raziskave ekipe kažejo, da ima njegov senzor sposobnost zaznavanja rakavih lezij, preden celice postanejo dovolj številne, da se pojavijo kot vidni tumorji.
Senzor polarizacijskega slikanja, podobno kot tipi slikovnih senzorjev, ki se že uporabljajo v pametnih telefonih, je dovolj majhen za slikanje raka v človeškem telesu. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, izredni profesor računalništva in inženiringa na univerzi v Washingtonu, katerega laboratorij je delal na gradnji senzorja, pravi, da je rakave celice zlahka videti pod polarizirano svetlobo, ker njihove neorganizirane in invazivne strukture razsipavajo svetlobo drugače kot običajne telesne celice.
Medtem ko so raziskovalci v preteklosti ustvarjali naprave za polarizirano slikanje, so ponavadi velike, saj uporabljajo več senzorjev in zapletene, saj za pravilno delovanje potrebujejo strokovnjake za optiko, inženirstvo in fiziko. To seveda pomeni tudi, da so instrumenti zelo dragi.
Toda s kombiniranjem napredka nanotehnologije, drobnih CMOS (brezplačnih kovin-oksid-polprevodnikov) senzorjev, ki so običajni pri pametnih telefonih, in temeljev delovanja vidnega sistema kozice mantis je ekipa lahko naredila veliko enostavnejši senzor za slikanje. Manjši kot peni je senzor zelo občutljiv in lahko zazna rakave celice prej kot prejšnji poskusi polariziranega slikanja z uporabo tako mirujočih slik kot video posnetkov. Gruev pravi, da je njegov podiplomski študent Timothy York, glavni avtor knjige, veliko dela opravil s kamero in njenimi potencialnimi medicinskimi aplikacijami.
Na tej endoskopski sliki mišjega črevesa senzor prikazuje tkivo tumorja v modri barvi, zdravo tkivo pa je rumeno. (IEEE) (IEEE) Na primer, pri raku debelega črevesa zdravnik običajno uporabi endoskop za iskanje tkiva, ki je videti rakavo, in nato vzame biopsijo. Toda rak mora biti na določeni stopnji razvoja, preden na človeško oko izgleda drugače. Polarizirano slikanje lahko opazi rakave celice veliko prej, vendar so bile prejšnje naprave za preslikovanje prevelike, da bi jih lahko uporabljali na ta način že prej.
"Prešli smo iz več kamer na rešitev z enim čipom, " pravi Gruev. "Težko je postaviti več kamer na endoskop in fotografirati. Pri naši napravi so vsi filtri na kameri in gre od nečesa, kar sedi na vašem optičnem klopu, do tistega, ki se nahaja na koncu endoskopa. "
Kamera bi lahko drastično zmanjšala potrebo po biopsijah, toda dokler se tehnologija ne izpopolni, v kolikšni meri bo to storila, ni jasno.
Justin Marshall, nevrobiolog z univerze v Queenslandu in še eden izmed avtorjev prispevka, je v projekt prinesel svoje znanje o mantis kozicah. Že več kot 25 let preiskuje vid kozice. Tako on kot Gruev se strinjata, da bo eden od naslednjih izzivov najti način, kako v senzor vključiti tudi tradicionalni barvni vid. Kakor zdaj stoji, lahko senzor opazi razlike v polarizaciji, ne pa tudi barv, ki jih vidimo. To je težava za zdravnike, ki lahko nekega dne uporabljajo to vrsto senzorja, saj običajno uporabljajo občutljive navidezne napotke za vodenje med občutljivimi postopki. Vendar bi kozice lahko pomagale tudi na tej fronti.
"[Mantisove kozice] se zdijo zelo posebne glede načina zbiranja informacij, tako glede barve kot tudi polarizacije, " pravi Marshall. "Zamahnejo z očmi, da bi svoje senzorje potisnili po svetu, podobno kot satelitsko skeniranje. Tam se morda najde kakšen trik, ki si ga lahko tudi izposodimo. "
Marshall meni, da bi lahko senzor najprej uporabili za pregled bolnikov zaradi raka debelega črevesa, saj je to specifično področje, na katerem je njegova ekipa delala, in tisto, na katerem sta bila v preteklosti velikost in zapletenost drugih polariziranih slik. Preprostejše meritve polarizacije se že uporabljajo za preverjanje kožnega raka v Avstraliji, kjer imajo dve tretji osebi z boleznijo diagnozo pred 70. letom. Raziskovalci tudi eksperimentirajo z uporabo polarizirane svetlobe za povečanje kontrasta tkiva, da bi zdravnikom pomagali povedati, kje začeti in prenehati rezanje med operacijo.
Ker je čips, navdihnjen s kozicami, tako kompakten in enostaven za uporabo, bi se tehnologija lahko prebila v prenosne naprave in celo pametne telefone. Če to stori, pravi Marshall, bi ljudje lahko nekega dne samo nadzirali raka in zmanjšali obremenitev preobremenjenih zdravstvenih sistemov.
Čeprav je v tehnologiji polariziranega slikanja veliko potenciala, Gruev pravi, da je treba še veliko delati tako pri vključevanju barvnega zaznavanja kot pri izpopolnjevanju občutljivosti polarizacijskega zaznavanja, da bi povečali ločljivost in naredili še boljše zaznavanje resnih bolezni zgodaj.
"Samo praskamo po tem, kako si lahko ogledamo biologijo in zgradimo slikovne sisteme, ki lahko pomagajo pri diagnozi raka in drugih bolezni, " pravi.
