CIS Systems: Визуализация процесса перемещения мельчайших частиц звуковыми волнами с помощью камеры TRC411

Технология ультразвукового воздействия основана на линейных и нелинейных эффектах ультразвуковых волн для манипулирования и управления микро- и наноразмерными объектами, молекулами, атомами и электронами, что имеет большие перспективы применения в области обработки нанокомпозитов, тестирования микро- и наноматериалов, функционализации наносенсоров, скрининга клеток и производства таргетных препаратов.

Звуковая волна обладает упругостью, может распространяться в любой среде, включая жидкости, твердые тела и т.д. Свойства не зависят от прозрачности и электромагнитных свойств среды, а энергия и рабочая частота сопоставимы с параметрами медицинских систем ультразвуковой визуализации, которые могут воздействовать на отдельные клетки или наночастицы. Анализируя процесс движения частиц под действием различных ультразвуковых полей и изучая закономерности ультразвукового воздействия, можно в дальнейшем разработать теорию ультразвуковой фазовой модуляции звукового поля для реализации точного управления частицами со помощью ультразвука.

Время экспозиции обычных камер слишком велико, чтобы эффективно фиксировать мгновенные параметры положения частиц под действием высокочастотного ультразвукового поля. В данном эксперименте была использована IsCMOS-камера TRC411 с временным разрешением и временем экспозиции порядка нескольких наносекунд, благодаря чему можно мгновенно зарегистрировать положение движущихся частиц, а также проанализировать процесс их движения под действием ультразвукового поля путем многокадрового сравнения изображений.

Камера TRC411 компании CISS используется для регистрации движения частиц в жидкости под действием ультразвукового поля. Подготовленный образец помещается на предметный столик из пьезоэлектрического материала; предметный столик помещается под микроскоп и при запуске источника ультразвукового излучения частицы начинают двигаться под действием поля. Камеру TRC411 можно использовать с микроскопом для регистрации движения частиц под действием ультразвука, функция стробирования позволяет мгновенно фиксировать изменяющееся положение частиц. После получения изображений многокадровой съемки можно проанализировать траекторию и процесс движения частиц под действием определенного ультразвукового поля, что позволит в будущем применять данную технологию в медицине.

1. Подготовленный образец помещается на предметный столик из пьезоэлектрического материала;

2. Для синхронного запуска камеры TRC411 и источника освещения используется внешний порт камеры, регулируется время экспозиции, ширина затвора, задержка запуска, и параметры усиления системы микроскопа и камеры для получения четкого изображения частиц;

3. Запускается ультразвуковой драйвер и устанавливается соответствующая частота ультразвука, чтобы частицы начали двигаться;

4. Постепенно уменьшается ширина затвора камеры, регулируется усиление изображения, оптимизируется задержка между источником излучения и камерой для получения изображения движения частиц;

5. Переключение между объективами изображения с разным увеличением и оптимизация параметров изображения и параметров камеры позволяют получить изображения движения частиц с различным увеличением.

Камера TRC411 компании CIS Systems использовалась для получения характеристик движения частиц под действием ультразвукового поля. При отсутствии воздействия ультразвукового поля частицы статичны; регулируя усиление камеры, время экспозиции и другие параметры, с помощью функции шумоподавления можно вести серийную съемку для получения четких изображений положения частиц. Под воздействием ультразвукового поля частицы начинают двигаться с большой скоростью, поэтому на изображении может быть виден эффект размытия, который подавляется путем постепенного уменьшения времени экспозиции. Оптимизируя параметры источника излучения, увеличивая коэффициент усиления камеры, при времени экспозиции менее 10 нс можно получить четкое изображение изменения положения частиц.

Благодаря сверхузкой оптической ширине затвора IsCMOS-камеры TRC411 можно зафиксировать процесс движения частиц, а внешний порт камеры обеспечивает точную синхронизацию источника излучения и времени экспозиции камеры. С помощью функции последовательности кадров можно получить изображения движения частиц с определенной временной последовательностью; благодаря определению пиксельных координат частиц на каждом кадре, можно рассчитать траекторию движения частиц.

1. 500 пикосекундный оптический затвор
Съемка быстропротекающих явлений с пикосекундной точностью и значительное снижение фонового шума.

2. Сверхвысокая частота регистрации кадров
IsCMOS-камера TRC411 с частотой кадров 98 к/с при полном разрешении обеспечивает высокую скорость сбора данных и повышает эффективность эксперимента. Кроме того, частота регистрации кадров может достигать более 1300 кадров в секунду в области 16 линий.

3. Точное управление синхронизацией
Камера для усиления изображения, работающая по принципу «light-by-light», имеет три независимых входа и выхода контроллера синхронизации времени с минимальным временем задержки до 10 пикосекунд, а также настройкой внутреннего и внешнего триггера для достижения точной синхронизации с лазерами и другими устройствами.

4. Инновационная технология «нулевого шума»
Благодаря точному распознаванию однофотонных сигналов, темновой шум камеры и шум считывания полностью устраняются.