В отличие от громоздких эндоскопов с камерами, оптикой или толстыми пучками волокон, наш микроскопический сенсор очень компактный, — говорит руководитель исследования Майсам Чаманзар из Университета Карнеги-Меллон. — Он тоньше ресницы и может проникать глубоко в ткани, не повреждая их.

В журнале Biomedical Optics Express команда показала, как работает датчик толщиной всего 7 микрон (в 10 раз тоньше ресницы) и длиной около 10 мм. Его испытали на мозге мыши — он снимал структуру тканей и активность нейронов. Ширину пленки можно менять в зависимости от нужного угла обзора и четкости изображения.

В будущем такой датчик можно будет вживлять на время или подключать к катетерам, чтобы снимать желудок, сосуды или другие органы, — объясняет Чаманзар. — А если встроить его в хирургические инструменты, хирурги смогут видеть операционное поле в реальном времени и избегать ошибок.

Как это работает

Основа датчика — гибкая фотонная система из биосовместимого прозрачного полимера Парилен.

Изначально его использовали для миниатюрных имплантов, которые точечно подсвечивают ткани.

Но ученые пошли дальше: сделали из него волноводы, передающие и улавливающие свет.

Каждый волновод оснащен микрозеркалами на концах.

Один или несколько подают свет на ткань, а отраженный сигнал улавливают другие и передают на сенсор.

Так каждый волновод становится пикселем изображения.

Мы создали эндоскоп по технологиям микроэлектроники, — говорит аспирант Хасан Малекосхоараи, разработавший систему. — Это позволяет настраивать волноводы и зеркала под любые ткани и нужную детализацию.

Испытания на мозге

Сначала датчик протестировали на флуоресцентных микрошариках в рассеивающей среде — он точно определял их положение в 3D. Потом сняли ткани мозга мыши с зеленым флуоресцентным белком. Наконец, зафиксировали активность нейронов с кальциевыми маркерами.

Мы сверили данные с электрофизиологическими записями — совпадение было точным, — отмечает нейробиолог Вишал Джайн.

Следующий шаг — встроить в датчик источники света, сенсоры и фильтры, чтобы он работал автономно в живом организме. Тогда его можно будет использовать после операций — например, искать остатки раковых клеток или следить за развитием болезни.

Это прорыв в малоинвазивной диагностике. Тонкий, гибкий и биосовместимый датчик снижает травматичность обследований, позволяет заглянуть в ранее недоступные области (мелкие сосуды, глубокие слои тканей) и дает врачам больше данных для точных решений. В перспективе — раннее выявление опухолей, контроль хронических болезней и даже нейроинтерфейсы.

И все же испытания проводились только на мышах. Неясно, как поведет себя датчик в человеческом теле — например, при долгом контакте с агрессивными средами (желудочный сок, кровь). Кроме того, разрешение изображения может быть недостаточным для детальной диагностики.

Ранее ученые заявили, что безбатарейные датчики смогут работать на энергии тепла тела.