采用改进的纳秒成像技术拍摄冲击波穿过单个细胞

得益于一种新的摄影技术，微观冲击波穿过单个生物细胞被拍摄到。纳秒摄影使用超快电子相机以十亿分之一秒的速度拍摄图像。然而，图像质量和曝光时间通常受到限制。

现在，由东京大学研究人员领导的团队使用他们命名为频谱电路的系统，实现了在多个时间尺度上高速拍摄的超精细图像。光谱电路弥合了光学成像和传统电子相机之间的差距，使摄影能够以超快的速度进行，模糊更少，精度更高。这项技术在科学、医学和工业方面具有潜在的应用前景。

在摄影中，时机至关重要，而高速拍摄图像则构成了特殊的挑战。但由于相机技术的进步，如今我们能够以前所未有的方式看到世界。无论是赛车手额头上的汗水、俯冲猎鹰眼中的焦点，还是纳秒摄影技术的最新改进，冲击波高速穿过微观单细胞的运动。

“据我们所知，历史上第一次直接观察到生物细胞与冲击波之间的相互作用，并通过实验证明冲击波在细胞内部传播的速度比细胞外部传播的速度快。细胞，”东京大学精密工程系博士生TakaoSaiki解释道。

“此外，我们的方法使我们能够在很宽的时间范围内展示高速摄影，其中包括皮秒(万亿分之一秒)、纳秒(十亿分之一秒)和毫秒(千分之一秒))时间尺度。”

在不影响细胞结构或造成损伤的情况下捕获细胞的清晰图​​像非常具有挑战性。为了安全地拍摄图像，研究人员开发了一种精密光学电路，这种电路使用光而不是电，他们将其命名为光谱电路。通过光谱电路，他们创造了非破坏性的激光脉冲，并将其设置为在不同的时间发射。通过将该技术与现有的称为顺序定时全光学测绘摄影(STAMP)的单次光学成像技术相结合，他们能够拍摄一系列比以前具有更高清晰度和更少模糊的图像。

该团队使用相同的技术来研究激光烧蚀对玻璃的影响。激光烧蚀可用于从表面精确去除固体材料，并用于工业和医学。研究人员将长度仅35飞秒(一飞秒等于万亿分之一秒)的超短激光脉冲聚焦到玻璃板上。使用光谱电路，他们观察了激光的影响、产生的冲击波，以及它在皮秒、纳秒和毫秒内对玻璃的影响。

东京大学生物工程系和精密工程系副教授中川敬一说：“我们可以看到随着时间的推移发生的不同物理过程之间的相互作用，以及它们是如何形成的。”“我们的技术使我们能够观察和分析此类超快过程，从而提供了揭示有用但未知的高速现象的机会。

“接下来，我们计划使用我们的成像技术来可视化细胞如何与声波相互作用，例如超声波和冲击波疗法中使用的声波。通过这样做，我们的目标是了解在人体中激活后续治疗效果的主要物理过程。身体。”该团队还希望使用光谱电路来改进激光加工技术，通过识别物理参数来实现更快、更精确、更一致和更具成本效益的制造。

“我们一直着迷于可视化的力量来理解复杂的现象。揭示和展示世界上以前隐藏的部分的机会确实吸引了我们进入这个领域，”中川说。“我们期望在生物医学、制造、材料、环境和能源等各个领域做出广泛的贡献。”