Самая скоростная в мире камера выявляет болезнетворные клетки

Возможность находить и идентифицировать редкие клетки среди миллионов других приобретает все более важное значение для ранней диагностики и мониторинга заболеваний.

К сожалению, эта задача весьма сложна. Получение хорошей статистической точности она требует автоматизированного инструментария, способного за короткое время проанализировать миллионы клеток. Широко используемые сейчас микроскопы с цифровыми камерами на базе сенсоров ПЗС или КМОП имеют неудовлетворительное быстродействие и малую светочувствительность на предельных для них скоростях.

Метод потоковой цитометрии имеет высокую производительность, однако, из-за того, что вместо построения изображения использует одноточечное рассеивание света, он недостаточно чувствителен, чтобы выявлять очень редкие разновидности клеток, такие как циркулирующие в крови раковые клетки, и отличать их, например, от стволовых клеток, применяемых в регенеративной медицине.

Междисциплинарный коллектив исследователей Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смог преодолеть эти ограничения, построив высокопроизводительный проточный оптический микроскоп, получающий снимки с выдержкой всего 27 пикосекунд. Он базируется на технологии STEAM (serial time-encoded amplified microscopy), успешно примененной в 2009 г. в самой быстрой в мире камере для непрерывной съемки. Быстрые лазерные импульсы отражаются от клеток, проходящих по микрожидкостному каналу, изображение усиливается и улавливается высокоскоростным однопиксельным фотодетектором, а затем обрабатывается массивом программируемой логики.

Как сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, новая система просмотра и обработки изображений крови имеет производительность 100 тыс. клеток в секунду при скорости течения 4 м/с. Это на два порядка выше скорости, достигаемой более традиционным оборудованием для контроля крови путем анализа снимков.

Предложенная методика демонстрирует в лабораторных экспериментах рекордно малое число случаев ошибочной идентификации — одна клетка на миллион. Таким образом, она предоставляет возможности статистически точного раннего диагностирования рака, отслеживания эффективности лекарственной и радиационной терапии. Кроме того, новая технология может найти применение для анализа мочи, контроля качества воды и других родственных приложений.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI