211service.com
Nowe lasery weryfikują się w komórki
Inżynierowie z Uniwersytetu Harvarda zbudowali laser, który może pozwolić naukowcom zaglądać do komórek w ultrawysokiej rozdzielczości i obserwować zdarzenia komórkowe w miarę ich zachodzenia. Dodając nano-anteny do laserów na podczerwień, naukowcy umożliwili znacznie dokładniejsze skupienie światła. Rzeczywiście, lasery mogą prowadzić do obrazowania z co najmniej 100-krotnie większą rozdzielczością.
Jasny punkt: Każda z tych dwóch sztabek złota na laserze kaskadowym ma długość 1,2 mikrometra. Paski działają jak anteny, skupiając światło średniej podczerwieni do wielkości plamki odpowiadającej odstępowi między nimi, 100 nanometrów.
Do tej pory rozdzielczość mikroskopów używanych do badania składu chemicznego tkanek była ograniczona przez fizyczną właściwość światła zwaną granicą dyfrakcji. Używając tradycyjnych soczewek, światło może być skupione tylko w wiązce o szerokości równej połowie długości fali; jeśli mikroskop używa średniej podczerwieni o długości fali 24 mikrometrów, można go zogniskować tylko na plamce o szerokości 12 mikrometrów. Biorąc pod uwagę wielkość komórek zwierzęcych (10 mikrometrów), bakterii (1 mikrometr) i wirusów (dziesiątki nanometrów), jest to zdecydowanie za duże.
W zeszłym roku naukowcy z Harvardu jako pierwsi opracowali praktyczny system do pokonania granicy dyfrakcji. Federico Capasso oraz Kenneth Crozier zastosował tę technikę do laserów używanych do odczytu i zapisu dysków w komputerach osobistych. Ta praca może prowadzić do bardzo gęstych dysków DVD, które przechowują setki filmów. (Patrz TR10: A New Focus for Light.) Teraz naukowcy z Harvardu zajęli się innym rodzajem instrumentu, zwanym laserem kaskadowym kwantowym, oraz nową dziedziną, obrazowaniem biologicznym.
Lasery kaskadowe kwantowe zostały opracowane przez Capasso i innych w Bell Labs w 1994 roku. Lasery te są kompaktowe i wytrzymałe i mogą być zbudowane tak, aby emitowały światło o dowolnej długości fali w całym zakresie widma zwanego średnią podczerwień. Światło o zakresie od 3 do 24 mikrometrów jest przydatne do identyfikacji różnych substancji chemicznych, ponieważ światło średniej podczerwieni powoduje rezonans cząsteczek z identyfikowalną częstotliwością. Lasery kaskadowe kwantowe są wykorzystywane do wykrywania niewielkich ilości gazów, zwłaszcza zanieczyszczeń, na poziomie zaledwie jednej części na miliard.
Crozier i Capasso stworzyli ostrzejsze skupienie dla istniejących wcześniej laserów kaskadowych kwantowych, rzeźbiąc dwie małe złote sztabki, w których emitowane jest światło. Pokładają cienką warstwę złota, a następnie odcinają ją, pozostawiając dwie prostokątne anteny, każda o średnicy około jednego mikrometra. Kiedy laser emituje światło, w szczelinie między złotymi antenami tworzy się intensywne pole elektryczne, skupiające światło w wiązce o tej samej szerokości co szczelina, około 100 nanometrów. Mikroskop wykorzystujący taki laser miałby również rozdzielczość około 100 nanometrów.
Mówi się, że aplikacja, w której lasery kaskadowe kwantowe nie są jeszcze używane, to obrazowanie w wysokiej rozdzielczości Claire Gmachl , inżynier elektryk z Princeton University, który był zaangażowany w rozwój kwantowych laserów kaskadowych w Bell Labs. Gmachl twierdzi, że technika ta jest najbardziej obiecująca dla obrazowania biologicznego na poziomie komórkowym. Mikroskopy wykorzystujące nowe lasery powinny być w stanie wykryć np. zmiany w poszczególnych białkach na powierzchni komórek.
Używając anten optycznych, mówi Crozier, wielkość plamki światła laserowego jest ograniczona jedynie odstępem między sztabkami złota. Wraz z udoskonalaniem technik nanowytwarzania powinno być możliwe wytwarzanie mikroskopów optycznych o jeszcze wyższej rozdzielczości.