Оптическое просветление биологических тканей XII Всероссийский молодёжный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике г. Самара, ноября 2014 Генина Э.А., Башкатов А.Н., Тучин В.В.

3 коллагеновые фибриллы (n col = 1.47 ) органеллы (n s = 1.38–1.41) внутритканевая жидкость (n int = 1.35 ) цитоплазма (n 0 = 1.37 ) Показатель преломления n col n s, n nc n 0 n int, ядро (n nc = 1.39) клетка фиброзная ткань

Методы и механизмы оптического просветления 4

5 Фиброзная ткань (склера) под электронным микроскопом, продольный срез ( 2900) Vaezy S., Clark J.I. J. Microsc. 1994, Vol. 175 (2),

Компрессия Увеличение прозрачности ткани происходит за счет увеличения: оптической однородности, которая достигается удалением крови и внутритканевой жидкости (воды) из области компрессии упорядоченности структурных компонентов 6

Кинетика спектров отражения кожи человека in vivo, измеренные на двух длинах волн в условиях внешней механической компрессии (интервал времени сек) и при ее снятии (интервал времени свыше 290 сек) Нахаева И.А., и др. Оптика и спектроскопия, 2014, 117, 522–528.

Дегидратация Полное оптическое пропускание образца ткани увеличивается за счет уменьшения его толщины внутреннего выравнивания показателей преломления увеличения плотности упаковки и упорядоченности волокон 8

Оптическая иммерсия Коэффициент рассеяния биотканей уменьшается за счет дегидратации тканевых компонентов частичного замещения внутритканевой жидкости иммерсионным веществом структурной модификации или диссоциации коллагена 9

Кинетика дегидратации кожи при испарении и применении гиперосмотических агентов – глицерина и пропиленгликоля 10 Степень дегидратации t, часы глицерин воздух пропиленгликоль

Кинетика спектров отражения склеры глаза кролика и кожи человека in vivo, измеренные на длине волны 700 нм в различные моменты времени после введения 40%-водного раствора глюкозы 11

Различные уровни структурной организации коллагена

Изображения биотканей, полученные с помощью нелинейной микроскопии 13 Интактный хрящ Хрящ после воздействия глицерина Yeh A.T. et al. J. Invest. Dermatol., 2003, 121, Интактная кожа Кожа после воздействия глицерина Wen X. et al. J. Biophoton., 2010, 3,

Применения метода оптического просветления биотканей

700 нм, 5 Дж/см 2 доля поглощенных фотонов = 0.34 До оптического просветления склеры 1.7 Дж/см нм, 5 Дж/см 2 доля поглощенных фотонов = 0.44 После оптического просветления склеры 2.2 Дж/см 2 Трансклеральные лазерные операции

Улучшение визуализации подкожных кровеносных сосудов Изображения участка кожи крысы in vivo до и в процессе оптического просветления с помощью раствора ПЭГ-400 и тиазона D. Zhu, et al., J. Biomed. Opt., 2010, 15, / /7.

Улучшение визуализации кровеносных сосудов мозга Изображения черепа мыши in vivo до и после оптического просветления J. Wang et.al., Laser Phys. Lett., 2012, 9, 469–473.

Улучшение визуализации подкожной татуировки Изображения поверхности кожи in vitro с татуировкой: а) образец с татуировкой до воздействия глицерина; б) образец с татуировкой после микроперфорации поверхности и 24-часового воздействия глицерина аб Генина Э.А. и др. Квантовая электроника, 2008, 38 (6),

Оптическая когерентная томография Оптическая когерентная томография (ОКТ) основана на интерферометрическом детектировании обратно рассеянного света ближнего инфракрасного (ИК) диапазона

Улучшение визуализации внутритканевых структур ОКТ-изображения кожи крысы in vitro до оптического просветления и через 40 мин после нанесения глицерина 0.3 мм

Оптическая проекционная томография 21 Оптическая проекционная томография (ОПТ) основана на регистрации света, прошедшего через образец ПЗС-камера Поворотное устройство Иммерсионая среда Линзы оптической системы

22 Эмбрион мыши Darrell А. et al. SPIE Newsroom, 2008, Формирование органов у эмбриона мыши (12-дней) ОПТ - изображения флуоресцирующих и нефлуоресцирующих биологических объектов размером от нескольких микрон до сантиметра и толщиной до 15 мм при оптическом просветлении

Ультрамикроскопия Ультрамикроскопия основана на принципе освещения объекта двумя плоскими лучами, направленными с противоположных сторон, перпендикулярно направлению наблюдения

Улучшение визуализации флуоресцентных микрообъектов Изображения участков позвоночника мыши, сенсибилизированного зелёным флуоресцентным белком A. Ertürk et al., Nature Med., 2012, 18, 166–171.

Спасибо за внимание