სიახლეები
ცოცხალი ქსოვილების შესწავლისას მეცნიერებს უხდებათ დილემის გადაწყვეტა, ან ღრმად მოახდინონ ნიმუშის ზონდირება, ან მიიღონ მისი მკაფიო გამოსახულება.
ოპტიკური მიკროსკოპს აქვთ მიკრონების რიგის გარჩევადობა, მაგრამ მხოლოდ ზედაპირიდან 1 მმ სიღრმემდე, სადამდეც სინათლეს შეუძლია შეღწევა გაბნევის გარეშე. მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია (MRI) იყენებს რადიო-სიხშირეს, რომელიც ღრმად აღწევს სხეულში, მაგრამ ამ მეთოდს დაბალი გარჩევადობა ახასიათებს - დაახლოებით 1 მმ, რაც ოპტიკურ მიკროსკოპებზე 1,000-ჯერ ნაკლებია.
ბერკლის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ მიკროსკოპული ბრილიანტების ინდიკატორებით შესაძლებელია გამოსახულების მიღება ერთდროულად MRI-სა და ოპტიკური ფლუორესცენციით, რაც საშუალებას იძლევა მივიღოთ მაღალი ხარისხის გამოსახულება ქსოვილში ერთი სანტიმეტრის სიღრმემდე, რაც 10-ჯერ მეტია ოპტიკურ მიკროსკოპებთან შედარებით. ამასთანავე ორივე მეთოდის ერთდროული გამოყენება აჩქარებს გამოსახულების მიღების პროცესს.
მეთოდის გამოყენება ძირითად მოსახერხებელი იქნება სხეულის გარე ქსოვილების, სისხლის და ცხოველების ფიზიოლოგიის შესწავლისთვის.
„ეს პირველი შემთხვევაა როცა ობიექტის ერთდროული გადაღება მოხერხდა ოპტიკურად და ჰიპერ-პოლარიზებული MRI-ს გამოყენებით. კომბინაციით უამრავი ინფორმაციის მიღებაა შესაძლებელი, რადგან ორი რეჟიმი უკეთესია, ვიდრე მათი ცალ-ცალკე გამოყენება. ეს გვაძლევს საშუალებას გაცილებით სწრაფად მოვახდინოთ ბრილიანტის ინდიკატორების ვიზუალიზაცია.“- ამბობს Ashok Ajoy (ბერკლის უნივერსიტეტი).
ახალი ტექნოლოგიის შესახებ ბერკლის უნივერსიტეტის მკვლევარები მოგვითხრობენ ჟურნალ Proceedings of the National Academy of Sciences-ის 2021 წლის 25 მაისის ნომერში გამოქვეყნებულ სტატიაში. მათ გამოიყენეს შედარებით ახალი ტიპის ბიოლოგიური ინდიკატორი, რომელიც შეიცავს მიკრო-ბრილიანტებს, სადაც ნახშირბადის ზოგიერთი ატომი გამოდევნილია და შეცვლილია აზოტით. ამის გამო კრისტალში ჩნდება წერტილოვანი დეფექტები - აზოტის ვაკანსიები, რომლებიც ლაზერის სხივის დაცემისას იწყებენ ფლუორესცენციას.
მკვლევარები იყენებდნენ ნახშირბადის იზოტოპს (13C), რომელიც ბუნებრივ ბრილიანტებში გვხვდება 1% კონცენტრაციით, თუმცა შესაძლებელია ხელოვნურად გამდიდრებაც 12C ბირთვების დამატებითი ჩანაცვლებით. 13C-ის ბირთვების უპირატესობა ისაა, რომ ისინი უფრო მარტივად ლაგდებიან (პოლარიზდებიან) ახლომდებარე სპინ-პოლარიზებული ვაკანსიის გავლენით, რომელებიც თავის მხრივ პოლარიზდებიან როცა იწყებენ ფლუორესცენციას ლაზერის სხივებით ზემოქმედების შემდეგ. პოლარიზებული 13C-ის ბირთვი კი უფრო ძლიერ სიგნალს იძლევიან ბირთვულ-მაგნიტური რეზონანსის (NMR) ეფექტისას, რომელიც MRI-ს საფუძველს შეადგენს.
შედეგად, ეს ჰიპერ-პოლარიზებული ბრილიანტების დამზერა შესაძლებელი ხდება ორივე მეთოდით: ოპტიკურად - აზოტის ვაკანსიების ფლუროსცენციის გამო და რადიო სიხშირეზე - 13C-ის სპინის პოლარიზაციის გამო. ეს გვაძლევს საშუალებას ერთდროულად ორი მეთოდის გამოყენებით მივიღოთ მაღალი ხარისხის სურათი, რაც მნიშვნელოვანია ქსოვილების სიღრმისეული შესწავლისთვის.
„ქსოვილის სიღრმეში შესვლასთან ერთად ოპტიკური სურათი მკვეთრად ფუჭდება. 1 მმ მანძილზეც კი უამრავი ოპტიკური გაბნევა ხდება. ეს არის მთავარი პრობლემა. ახალი მეთოდის უპირატესობაც იმაში გამოიხატება, რომ სურათის მიღება შესაძლებელია რადიო სიხშირეზეც და ოპტიკურ სპექტრშიც ერთი და იგივე ბრილიანტების ინდიკატორის გამოყენებით.“- ამბობს Ashok Ajoy.
მეცნიერები ცდილობენ NMR მეთოდის, და შესაბამისად MRI სამედიცინო ხელსაწყოების, გაუმჯობესებას, საჭირო მოწყობილობების ღირებულებისა და ზომის შემცირებით. NMR-ის და MRI-ის ფართი გამოყენებას ხელს უშლის დიდი ზომის, მძლავრი და ძვირადღირებული მაგნიტების აუცილებლობა, რომლებიც საჭიროა ბირთვების სპინების პოლარიზებისათვის. ადამიანის ორგანიზმი ვერ უძლებს ისეთი მაგნიტური ველებს, რომელიც ერთდროულად დაალაგებდა ყველა ატომს, ეს კი კარგი გამოსახულების მიღების საშუალებას იძლევა.
რაც უფრო მეტი სპინი იქნება ერთი მიმართულებით დალაგებული, უფრო ძლიერი იქნება რადიო-სიგნალი და მით ნაკლები სიძლიერის მაგნიტი იქნება საჭირო. თავიანთ ექსპერიმენტში 13C-ის ბირთვების დალაგებისთვის მკვლევარები იყენებდნენ დაბალი სიმძლავრის (საყოფაცხოვრებო მაცივრების ექვივალენტური) მაგნიტებს და იაფ მწვანე ლაზერებს.
„აღმოჩნდა, რომ ლაზერის შუქით შესაძლებელია ამ ნაწილაკების სპინების დიდი სიზუსტით დალაგება, 3-4 რიგით მეტად ვიდრე ეს MRI-შია შესაძლებელი. ჩვეულებრივ MRI-თან შედარებით, რომლებიც 1,000 ტესლა მაგნიტურ ველს იყენებენ, ნახშირბადის ატომების პოლარიზაცია ხერხდება 1.5 ტესლა მაგნიტური ველით“ - ამბობს Ashok Ajoy.
გარდა ამისა, ბრილიანტების ინდიკატორები არც თუ ისე ძვირია და შედარებით ადვილი გამოსაყენებელია, ეს კი გააიაფებს NMR-ტომოგრაფიას. დღესდღეობით მხოლოდ დიდ საავადმყოფოებს შეუძლიათ MRI-ის შეძენა. ახალი კვლევა კი ხელს შეუწყობს იაფი, შედარებით მცირე ზომის MRI აპარატების შექმნას.
წყარო:
