211service.com
Jauni lāzeri salīdzina šūnas
Hārvardas universitātes inženieri ir izveidojuši lāzeru, kas ļautu pētniekiem ieskatīties šūnās ar īpaši augstu izšķirtspēju un vērot šūnu notikumus, kad tie notiek. Pievienojot infrasarkanajiem lāzeriem nano antenas, pētnieki ir ļāvuši daudz stingrāk fokusēt gaismu. Patiešām, lāzeri varētu radīt attēlveidošanu ar vismaz 100 reižu lielāku izšķirtspēju.
Spilgta vieta: Šie divi zelta stieņi uz kvantu kaskādes lāzera katrs ir 1,2 mikrometrus garš. Stieņi darbojas kā antenas, fokusējot vidējo infrasarkano gaismu līdz punkta izmēram, kas ir līdzvērtīgs atstarpei starp tām, 100 nanometri.
Līdz šim audu ķīmiskā sastāva apskatei izmantoto mikroskopu izšķirtspēju ierobežoja gaismas fizikālā īpašība, ko sauc par difrakcijas robežu. Izmantojot tradicionālās lēcas, gaismu var fokusēt tikai tādā starā, kura platums ir puse no tā viļņa garuma; ja mikroskopā tiek izmantota vidējā infrasarkanā gaisma ar viļņa garumu 24 mikrometri, to var fokusēt tikai uz 12 mikrometru platu vietu. Ņemot vērā dzīvnieku šūnu (10 mikrometri), baktēriju (1 mikrometrs) un vīrusu (desmitiem nanometru) lielumu, tas ir pārāk liels.
Pagājušajā gadā Hārvardas pētnieki bija pirmie, kas izstrādāja praktisku sistēmu difrakcijas robežas pārvarēšanai. Federiko Kapaso un Kenets Krozjē izmantoja šo tehniku lāzeriem, ko izmanto disku lasīšanai un rakstīšanai personālajos datoros. Šis darbs var radīt ļoti blīvus DVD līdzīgus atmiņas diskus, kuros ir simtiem filmu. (Skatiet TR10: Jauns gaismas fokuss.) Tagad Hārvardas pētnieki ir pievērsušies cita veida instrumentam, ko sauc par kvantu kaskādes lāzeru, un jaunu jomu — bioloģisko attēlveidošanu.
Kvantu kaskādes lāzerus 1994. gadā izstrādāja Capasso un citi uzņēmumā Bell Labs. Šie lāzeri ir kompakti un izturīgi, un tos var būvēt tā, lai tie izstaro gaismu jebkurā viļņa garumā visā spektra diapazonā, ko sauc par vidējo infrasarkano staru. Šī gaisma ir no 3 līdz 24 mikrometriem, un tā ir noderīga dažādu ķīmisko vielu identificēšanai, jo vidējā infrasarkanā gaisma izraisa molekulu rezonansi identificējamās frekvencēs. Kvantu kaskādes lāzeri tiek izmantoti, lai uztvertu nelielu gāzu daudzumu, jo īpaši piesārņotājus, tik zemā līmenī kā viena daļa uz miljardu.
Crozier un Capasso radīja asāku fokusu jau esošiem kvantu kaskādes lāzeriem, izgrebjot divus sīkus zelta stieņus, kur tiek izstarota gaisma. Viņi uzklāj plānu zelta kārtu, pēc tam izgrebj to, lai atstātu divas taisnstūrveida antenas, katra aptuveni viena mikrometra diametrā. Kad lāzers izstaro gaismu, spraugā starp zelta antenām veidojas intensīvs elektriskais lauks, koncentrējot gaismu starā, kura platums ir tāds pats kā sprauga, aptuveni 100 nanometri. Mikroskopam, kurā izmantots šāds lāzers, arī izšķirtspēja būtu aptuveni 100 nanometri.
Lietojumprogramma, kurā pašlaik vēl netiek izmantoti kvantu kaskādes lāzeri, ir augstas izšķirtspējas attēlveidošana, saka Klēra Gmahla , Prinstonas universitātes elektroinženieris, kurš bija iesaistīts kvantu kaskādes lāzeru izstrādē Bell Labs. Gmachl saka, ka šī tehnika parāda visdaudzsološāko bioloģisko attēlveidošanu šūnu līmenī. Mikroskopiem, kuros izmanto jaunos lāzerus, jāspēj noteikt, piemēram, atsevišķu proteīnu izmaiņas uz šūnu virsmām.
Izmantojot optiskās antenas, saka Crozier, lāzera gaismas vietas izmēru ierobežo tikai atstarpe starp zelta stieņiem. Uzlabojoties nanoapstrādes metodēm, vajadzētu būt iespējai izgatavot vēl augstākas izšķirtspējas optiskos mikroskopus.