Ämnesspecifik djupscanning för in situ 3D avbildning
- Diarienummer
- ITM17-0056
- Start- och slutdatum
- 190101-231231
- Beviljat belopp
- 6 849 100 kr
- Förvaltande organisation
- Luleå University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Målet med projektet är en ny avblidningsmetod, kallad InFeRa, där rumsligt koherent interferometrisk (InFe) avbildning som ger djupupplöst information om struktur inuti optiskt spridande objekt kombineras med stimulerad Raman spridning (Ra) som ger ämnesspecifik information om mängd, lokalisering, och biokemiska processer. InFeRa kommer att visualisera 3D struktur, vart specifika ämnen finns, hur de produceras, hur de reagerar på miljöombyten och hur de specifika ämnen påverkar olika material. InFeRa kommer att undanröja behovet av separata, kostsamma och tidskrävande kemiska och enzymatiska in vitro metoder som förstör eller påverkar provet. Genombrottet vi förutser inom projektets gång är ett i Sverige paketerad instrument som levererar i) simultan 3D visualisering av biokemiska processer av inbäddade strukturer, deras formation/deformation, ii) information av biokemiska processer, iii) information på produktion och mängd av specifika ämnen, iii) information av strukturella förändringar i olika material orsakad av specifika ämnen. Målet inom tre år är ett lätthanterligt avbildningsinstrument som kan implementeras i olika miljöer med en robust kombination av lasrar och detektorer, utrustad med en mjukvara som omvandlar multiplexa signaler till lättförståeliga 3D bilder. Användningsområden är bioelektrosyntes, som demonstreras inom projektet, övervakning av 3D skrivare, förbränningsvetenskap, materialvetenskap, medicinsk teknik, cancerdetektion, life science och industri.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.