เพื่อวินิจฉัยโรคและความผิดปกติได้สำเร็จ แพทย์จำเป็นต้องมีเครื่องมือที่ดีที่สุดในการมองเห็นภายในร่างกายมนุษย์ อย่างไรก็ตาม การถ่ายภาพพื้นที่ที่แคบที่สุดของร่างกายโดยไม่ทำให้เกิดความเสียหาย อาจเป็นเรื่องยากและจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่เหมือนกล้องซึ่งมีขนาดเล็กกว่าที่เคยทำมาก่อนในเชิงวิศวกรรม ทีมนักวิจัยนานาชาติได้เอาชนะความท้าทายทางเทคนิคเหล่านี้
เพื่อผลิตกล้องที่มีขนาดเล็กพอที่จะมองเห็นภายใน
แม้กระทั่งหลอดเลือดที่แคบที่สุดทีมงานที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแอดิเลดและมหาวิทยาลัยสตุตกา ร์ต ได้ผลิตโพรบการถ่ายภาพ 3 มิติที่เล็กที่สุดที่เคยรายงาน พวกเขาใช้ 3D micro-printing เพื่อใส่เลนส์ขนาดเล็กลงบนปลายเส้นใยแก้วนำแสงที่มีความหนาเท่ากับเส้นผมมนุษย์ ร่วมกับปลอกป้องกันเนื้อเยื่อรอบข้างและขดลวดพิเศษเพื่อช่วยหมุนและสร้างภาพ 3 มิติ โพรบทั้งหมดมีความกว้างน้อยกว่าครึ่งมิลลิเมตร – มีความหนาเท่ากับกระดาษสองสามแผ่น
คราบพลัคโรคหัวใจมาแรงอุปกรณ์ขนาดเล็กดังกล่าวสามารถเข้าถึงช่องว่างเล็ก ๆ ลึกภายในร่างกายได้ ทีมงานสามารถมองเห็นภายในเส้นเลือดเล็กๆ ของหนูที่เป็นโรคและหลอดเลือดแดงของมนุษย์ที่ตีบตันอย่างรุนแรง ความสามารถในการมองเข้าไปในหลอดเลือดเหล่านี้ทำให้นักวิจัยหวังว่าการสอบสวนของพวกเขาจะสามารถปรับปรุงวิธีที่เราเข้าใจและรักษาโรคหัวใจได้
Jiawen Liผู้ร่วมวิจัยซึ่งตีพิมพ์ในLight: Science and Applicationsอธิบายว่า “ปัจจัยสำคัญของโรคหัวใจคือคราบพลัคที่ประกอบด้วยไขมัน คอเลสเตอรอล และสารอื่นๆ ที่สร้างขึ้นในผนังหลอดเลือด “กล้องเอนโดสโคปขนาดเล็กซึ่งทำหน้าที่เหมือนกล้องขนาดเล็ก ช่วยให้แพทย์เห็นว่าแผ่นโลหะเหล่านี้ก่อตัวอย่างไร และสำรวจวิธีการใหม่ๆ ในการรักษา” เธอกล่าว
3D micro-printing เปิดประตูใหม่
อุปกรณ์ใหม่นี้ไม่ได้เป็นเพียงอุปกรณ์ที่เล็กที่สุดเท่านั้น นอกจากนี้ยังสามารถเอาชนะปัญหามากมายที่ทำให้อุปกรณ์สร้างภาพขนาดเล็กอื่นๆ ผลิตภาพที่มีคุณภาพต่ำได้ ก่อนหน้านี้ เลนส์ที่เล็กที่สุดที่สามารถผลิตได้นั้นเรียบง่ายและมักจะมีรูปร่างเป็นทรงกลม สิ่งนี้นำไปสู่เอฟเฟกต์ที่ไม่ต้องการ เช่น ความคลาดเคลื่อนทรงกลมและสายตาเอียง ซึ่งป้องกันไม่ให้ภาพถูกโฟกัสอย่างเหมาะสมและทำให้ภาพเบลอ การออกแบบขนาดเล็กยังพยายามหาสมดุลที่ดีระหว่างความละเอียดสูงและความชัดลึกที่ดี ซึ่งเป็นตัววัดว่าภาพอยู่ในโฟกัสมากน้อยเพียงใด
เทคนิคใหม่ของการพิมพ์ 3 มิติไมโครออปติกที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยตรงบนไฟเบอร์สามารถเอาชนะปัญหาเหล่านี้ได้ Simon Thieleจากมหาวิทยาลัย Stuttgart รับผิดชอบในการผลิตเลนส์ขนาดเล็กเหล่านี้ “จนถึงตอนนี้ เราไม่สามารถสร้างกล้องเอนโดสโคปคุณภาพสูงที่มีขนาดเล็กขนาดนี้ได้” เขากล่าว “ด้วยการพิมพ์ 3 มิติขนาดเล็ก เราสามารถพิมพ์เลนส์ที่ซับซ้อนซึ่งมีขนาดเล็กเกินกว่าจะมองเห็นด้วยตาเปล่าได้”
เนื่องจากโรคหัวใจคร่าชีวิตผู้คนไปหนึ่งคนในออสเตรเลียทุกๆ 19 นาที Li คาดการณ์ว่าอุปกรณ์ใหม่เหล่านี้สามารถตั้งค่าให้มีผลกระทบอย่างมาก “น่าตื่นเต้นที่ได้ทำงานในโครงการที่เรานำนวัตกรรมเหล่านี้มาสร้างเป็นบางสิ่งที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง” เธออธิบาย “มันวิเศษมากที่เราสามารถทำได้เมื่อเรารวมวิศวกรและแพทย์ทางการแพทย์เข้าด้วยกัน โครงการนี้ไม่เพียงแต่นำสาขาวิชามารวมกันเท่านั้น แต่ยังเป็นนักวิจัยจากสถาบันต่างๆ ทั่วโลกอีกด้วย”
และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด: การออกแบบยังช่วย
ให้นักวิจัยสามารถนำคลื่นเสียงไปตามเส้นทางที่กำหนดค่าใหม่ได้หลากหลายรูปแบบ โดยสูญเสียน้อยที่สุด จากข้อมูลของ Alù ระบบอาจพบการใช้งานในอุปกรณ์ส่งสัญญาณเสียงและวงจรลอจิกเชิงกล เช่นเดียวกับการถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ โซนาร์ และระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีคลื่นอะคูสติกพื้นผิว “น่าแปลกที่อัตราส่วนมวลโปรตอน-อิเล็กตรอนที่เราวัดได้นั้นจริง ๆ แล้วเข้ากันได้กับการวัดมวลโปรตอนเมื่อเร็ว ๆ นี้ ซึ่งน้อยกว่าค่าอ้างอิงก่อนหน้านี้อย่างไม่คาดคิด” Koelemeij กล่าวเสริม “นี่หมายความว่าโปรตอนดูเหมือนจะเบากว่าที่เราคิดไว้จริงๆ”
การวัดที่แม่นยำมากใน HD +ยังช่วยไขปริศนาที่สำคัญและมีการถกเถียงกันอย่างถึงพริกถึงขิงในวิชาฟิสิกส์ ซึ่งรวมถึงปริศนาว่าทำไมรัศมีของโปรตอน จึงดูเล็กกว่าที่คาดไว้ การทราบมวลของโปรตอน (และแอนติ-โปรตอน) ต่อความแม่นยำสูงสามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจได้ว่าทำไมจึงมีสสารมากกว่าปฏิสสารในจักรวาล แม้ว่าจะมีปริมาณเท่ากันในบิกแบง
ในการออกแบบวัสดุที่ไม่สามารถตัดได้ใหม่Stefan Szyniszewskiวิศวกรวัสดุที่มหาวิทยาลัย Durham ในสหราชอาณาจักรกล่าวว่าเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาที่University of Surrey , University of StirlingและFraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWUในเมืองเคมนิทซ์ ประเทศเยอรมนี “รู้สึกทึ่ง” กับโครงสร้างเซลล์ของเกรปฟรุตและโครงสร้างกระเบื้องของเปลือกหอยที่ป้องกันความเสียหายต่อผลไม้หรือสิ่งมีชีวิตภายใน “โครงสร้างทางธรรมชาติเหล่านี้บอกถึงหลักการทำงานของวัสดุของเรา ซึ่งอิงจากการโต้ตอบแบบไดนามิกกับโหลดที่ใช้ ตรงกันข้ามกับความต้านทานแบบพาสซีฟ” Szyniszewski กล่าว
แม้ว่ามุกและเม็ดเกรปฟรุตจะปกป้องแม้ว่าจะทำจากโครงสร้างอินทรีย์ที่ค่อนข้างอ่อนแอ Szyniszewski และเพื่อนร่วมงานก็เลือกใช้เซรามิกอลูมินาแบบแข็งและอะลูมิเนียมโฟมที่มีความยืดหยุ่น ในการสร้างเมทริกซ์แบบยืดหยุ่น พวกเขาเริ่มต้นด้วยการผสมผงอะลูมิเนียมกับสารทำให้เกิดฟอง ไททาเนียม ไดไฮไดรด์ จากนั้นพวกเขาก็รวมผงนี้ไว้ในคอมเพรสเซอร์และอัดรีดเพื่อผลิตแท่งวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งพวกมันจะตัดเป็นชิ้นเล็กๆ ถัดไป พวกเขาวางแท่งผงอะลูมิเนียมอัดซ้อนในรูปแบบ “ตะแกรง” มุมฉากรอบทรงกลมเซรามิก ในที่สุด หลังจากปิดโครงสร้างในกล่องเหล็กโดยใช้การเชื่อมแบบจุดแล้ว พวกเขาให้ความร้อนทั้งมวลในเตาหลอม 760 องศาเซลเซียสเป็นเวลาประมาณ 15 นาที
เอฟเฟกต์ “การทำลายล้างทวีคูณ”
เมื่อพวกเขาพยายามตัดวัสดุ นักวิจัยพบว่าโครงสร้างอะลูมิเนียมแบบเซลลูลาร์ที่พันรอบทรงกลมเซรามิกมีผล “ทำลายล้างสองเท่า” ต่อเครื่องมือของพวกเขา องค์ประกอบแรกของเอฟเฟกต์เกิดขึ้นเนื่องจากการตัดจะสร้างการเคลื่อนไหวด้วยความเร็วสูง ณ จุดที่วัสดุโต้ตอบกับเครื่องมือ แม้ว่าเซรามิกทรงกลมสามารถตัดได้บางส่วน แต่การสั่นจะทำให้จานตัดหรือดอกสว่านทื่ออย่างรวดเร็ว
Credit : hospitalpoetry.com hotairpress.org hotelacciudaddepamplona.com hpfruit.net hzsychw.com
