211service.com
Oswajanie teraherców
Tak jak technologia rentgenowska pojawiła się w latach 90. XIX wieku – pozwalając lekarzom zaglądać pod ciało, aby zobaczyć kości i narządy – kolejna obiecująca technologia obrazowania wyłania się teraz z niewykorzystanego fragmentu widma elektromagnetycznego: częstotliwości terahercowych. Te tak zwane promienie T, podobnie jak promienie rentgenowskie, mogą przejrzeć większość materiałów. Uważa się jednak, że promieniowanie T jest mniej szkodliwe niż promieniowanie rentgenowskie. Różne związki reagują na promieniowanie terahercowe w różny sposób, co oznacza, że system obrazowania oparty na terahercu może rozpoznać skład chemiczny ukrytego obiektu. Dzięki tej mocy obrazowanie terahercowe staje się coraz gorętsze, mówi Xi-Cheng Zhang, pionier terahercowy w Rensselaer Polytechnic Institute. Potencjalne zastosowania obejmują wykrywanie guzów i znajdowanie plastikowych materiałów wybuchowych. A ponieważ promienie T przenikają przez papier i ubrania, kamera terahercowa może wykryć ukrytą broń.
Częstotliwości terahercowe są trudne do wytworzenia i wykrycia. Są wyższe niż mikrofale, ale niższe niż światło podczerwone. Nigdy nie masz pewności, czy użyć technologii opartej na elektronice, czy na optyce, mówi Martyn Chamberlain z University of Leeds w Anglii, wiodący badacz terahercowy. Źródła terahercowe dostępne obecnie na rynku mają tendencję do emitowania wielu częstotliwości naraz, co ogranicza ich użyteczność. Jednak w ubiegłym roku kilka projektów badawczych poczyniło znaczne postępy w opracowywaniu urządzeń wytwarzających promienie w wąskim paśmie częstotliwości, co jest wymogiem precyzyjnego wykrywania chemicznego i obrazowania medycznego.
Ta historia była częścią naszego numeru z czerwca 2003 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Jeden z takich systemów, stworzony przez Brattleboro, Vermont Photonics oparty na VT, działa poprzez wysyłanie wiązki elektronów przez mikroskopijnie pofałdowaną powierzchnię przewodnika, takiego jak aluminium; wiązka powoduje, że elektrony w przewodniku poruszają się w górę iw dół po pofalowaniach, ruch, który potrząsa luźnymi promieniami t. Zmiana energii wiązki elektronów zmienia również generowaną częstotliwość terahercową, mówi współzałożyciel Vermont Photonics, Michael Mross. Firma kieruje swój instrument przede wszystkim do obserwacji interakcji z udziałem biomolekuł do zastosowań takich jak odkrywanie leków. Innym podejściem jest coś, co nazywa się kwantowym laserem kaskadowym, zgrabną częścią inżynierii półprzewodnikowej używanej do wytwarzania światła podczerwonego. Przeniesienie technologii do zakresu terahercowego wymaga niezwykle precyzyjnej kontroli nad materiałami. W zeszłym roku Qin Hu, inżynier elektryk z MIT, zademonstrował kaskadowy laser kwantowy, który wytwarza ciągłą wiązkę terahercową o dobrze określonej częstotliwości.
Ubytek jest wyraźnie widoczny jako różowy obszar na obrazie terahercowym zęba (po prawej). (Zdjęcie dzięki uprzejmości Teraview)
Najbardziej krótkoterminowym zastosowaniem technologii terahercowej jest obrazowanie medyczne. W jednym ambitnym przedsięwzięciu TeraView, start-up z Cambridge w Anglii, wykorzystał obrazowanie terahercowe do wykrywania nowotworów skóry, które wymykają się innym technologiom obrazowania, w szczególności guzów, które tworzą się niewidocznie pod powierzchnią skóry. Promienie T mogą również identyfikować nieznane materiały biologiczne, ponieważ biomolekuły naturalnie wibrują z częstotliwościami terahercowymi, a każda z nich ma odrębny terahercowy odcisk palca. Innymi słowy, określone białka absorbują pewne charakterystyczne częstotliwości promieniowania t, które zmieniają ich układ molekularny lub konformację; czujniki mogą następnie monitorować tę absorpcję, aby wskazać tożsamość białka. Życie to proces terahercowy, mówi Chamberlain. Jednym z potencjalnych zastosowań jest automatyczna identyfikacja bojowych środków biologicznych, takich jak wąglik. Innym jest czujnik chemiczny promieniowania T, który wykorzystałby fakt, że inne duże cząsteczki, takie jak polimery, również reagują na fale terahercowe w charakterystyczny sposób. Aparat terahercowy zbudowany przez firmę QinetiQ z Farnborough w Anglii robi niesamowicie inwazyjne zdjęcia ludzi przez ich ubrania.
Ale interakcja promieni T z białkami rodzi pytanie, jak bezpieczna jest ekspozycja człowieka. Unia Europejska sponsoruje program o nazwie Most Terahercowy, który ma właśnie to studiować. Wstępne wyniki były zachęcające; naukowcy nie widzieli dowodów na nieodwracalne, podobne do promieniowania rentgenowskiego uszkodzenia tkanek spowodowane dawkami promieniowania, które byłyby używane do obrazowania ciała. Jak dotąd jest to bezpieczne, mówi Gian Piero Gallerano, koordynator Mostu Terahercowego.
Podczas gdy naukowcy wykonują wygięcia, aby wyprodukować promienie T, natura ma o wiele łatwiej. Promieniowanie terahercowe nadal rozprzestrzenia się w przestrzeni kosmicznej od momentu powstania w Wielkim Wybuchu. Mówi Chamberlain, Wszechświat jest pełen takich rzeczy. Już niedługo ludzie mogą zacząć go wykorzystywać w praktyce.