Исследователи разработали жидкостную лазерную систему для сканирования мозга

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали новую технологию лазерного сканирования, которая использует жидкостные оптические устройства вместо механических зеркал для продвинутой визуализации, включая сканирование мозга.

Оптическая система для лазерного сканирующего двухфотонного микроскопа с использованием титан-сапфирового лазера 920 нм для двухфотонного возбуждения. Автор: Optics Express (2025). DOI: 10.1364/oe.567484

Дарвин Кироз, аспирант кафедры электротехники, компьютерной техники и энергетики, является соавтором исследования, демонстрирующего, как устройство на основе электромокрых призм может использоваться для высокоскоростного управления лазерами.

Работа, опубликованная в Optics Express, открывает возможности для новых технологий в микроскопии, лидарах, оптической связи и визуализации мозга.

«Большинство современных лазерных сканеров используют механические зеркала для управления лучами света, — объяснил Кироз. — Наш подход заменяет их прозрачным, немеханическим устройством, которое меньше, потребляет меньше энергии и потенциально проще масштабируется для миниатюрных систем визуализации».

Традиционная лазерная сканирующая микроскопия работает путем направления сфокусированного луча света через образец построчно. Этот метод обеспечивает мощные, высококачественные изображения клеток и нейронов, но требует быстрого и точного управления лазерным лучом.

Электромокрая призма использует тонкий слой жидкости, поверхность которой можно точно контролировать с помощью напряжения. Изменяя форму жидкости, исследователи могут изгибать и направлять световые лучи без движущихся механических частей.

Предыдущие работы с электромокрыми призмами были ограничены медленными скоростями сканирования или одномерным управлением лучом. Кироз и его коллега Эдуардо Мислес продвинули технологию дальше, продемонстрировав двумерное сканирование на скоростях от 25 до 75 Гц.

«Сложной задачей было научиться управлять устройством таким образом, чтобы получать линейное, предсказуемое сканирование без искажений, — отметил Кироз. — Мы обнаружили, что призма имеет резонансные моды, похожие на стоячие волны, которые мы могли использовать для сканирования на более высоких скоростях».

Перспективы этой технологии выходят далеко за пределы лаборатории. Поскольку электромокрые призмы компактны и энергоэффективны, их можно интегрировать в миниатюрные микроскопы, достаточно маленькие, чтобы помещаться на голове мыши.

«Представьте, что вы можете наблюдать за активностью мозга в реальном времени, пока животное бежит по лабиринту, — сказал Кироз. — Именно такой тип визуализации в реальных условиях может обеспечить эта технология, и это может изменить то, как мы изучаем неврологические состояния, такие как посттравматическое стрессовое расстройство или болезнь Альцгеймера».

ИИ: Эта разработка действительно впечатляет — переход от механических систем к жидкостным может революционизировать не только научные исследования, но и медицинскую диагностику. Особенно перспективным выглядит применение для изучения нейродегенеративных заболеваний в реальном времени.

Дополнительная информация: Eduardo Miscles et al, Two-Dimensional Dynamic Scanning Utilizing Electrowetting Tunable Prisms, Optics Express (2025). DOI: 10.1364/oe.567484