Species specific depth profiling for in situ 3D imaging
- Reference number
- ITM17-0056
- Start and end dates
- 190101-231231
- Amount granted
- 6 849 100 SEK
- Administrative organization
- Luleå University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The aim of the project is a new imaging method. The method, termed InFeRa combines spatially gated InterFerometric imaging with stimulated Raman scattering and aims to provide label free, three dimensional (3D) in situ imaging of (bio)chemical and (bio)molecular processes in different materials. The technique will give information on 3D structure as well as on where specific species are, how they are produced, how they change and how they react to environmental stimuli an/or influence a material. InFeRa will eliminate the need for separate, costly and time-consuming chemical, enzymatic in vitro assays that destroy or modify the samples. The breakthrough we foresee within the duration of the project is an in Sweden developed and packaged imaging instrument delivering; i) simultaneous visualization of embedded structures and formations/deformations in 3D, ii) information of biochemical processes, iii) information on generation and abundance of specific species, and iv) information of structural changes caused by specific species. The objective to be achieved in three years is an easy to use instrument that can be implemented in different settings with a robust combination of laser-, and detection systems, and a software that transforms multiplexed signals to easy to understand 3D images. Application areas are bioelectrosynthesis (will be demonstrated in the project) combustion science, material science, biomedical science, cancer detection, life science and industry.
Popular science description
Ämnesspecifik avbilning av olika material är ett allmänt problem i industri, forskning och medicin. Det finns ett stort behov att kunna se dynamiska förlopp i ett material. Till exempel, i förbränning är det viktigt att kunna övervaka att alla giftiga avgaser kan fångas och omvandlas till ofarliga ämnen, eller så skall förbränningsprocessen bli så effektiv att bildandet av giftiga gaser kan undvikas. I medicin vill läkaren kunna diagnostisera cancer direkt då undersökningen pågår för att snabbt kunna få fram en effektiv läkeprocess. I materialforskning är det av stort intresse att kunna se hur tillsättningen av vissa ämnen ändrar strukturen och egenskaperna hos materialet. I dagsläget måste provet tas bort ur sitt sammanhang och förstöras och ofta behövs det mer än ett prov för analys. Det är både dyrt och tidskrävande. En lösning för att kunna åstadkomma tredimensionell avbildning av dynamiska förlopp är att på ett enkelt sätt kombinera olika avbildningsmetoder. Metoden som skall utvecklas inom projektet, så kallade InFeRa, kombinerar djupupplöst avbildning och stimulerad Ramanspridning med en programmerbar 3D skanningsmetod. Avbildningen ger information om intern struktur medan stimulerad Ramanspridning är ämnesspecifik. Alla metoder är beröringsfria, snabba och kräver ingen förändring av mätobjektet. Om dessa kombineras med ett dataprogram som samlar in och bearbetar signaler till en lättförståelig 3D bild kan processer övervakas i själva mätsystemet. Kombinationen av strukturell-, och ämnesspecifik information möjliggör studier av vart i strukturen olika ämnen bildas och förändras och att studera hur denna struktur förändras och deformeras. Genom att använda olika laservåglängder kan systemet även undersöka ett flertal ämnen samtidigt, det kallas för multiplexing. Inom detta treåriga projekt kommer en prototyp av InFeRa att tas fram och testas på energialstrande biofilmer, där bakterier som växer på en katod kan producera el. En lyckad testning och lansering av InFeRa kommer att strategiskt sätta Sverige på den globala avbildningskartan.