Τα λέιζερ δημιουργούν νέες δυνατότητες για τη βιολογική απεικόνιση

Από σελίδα του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Boulder, 2 Οκτωβρίου 2003

Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder, έκανε κι άλλο ένα βήμα στην έρευνα της δημιουργίας ενός συμπαγούς μικροσκοπίου με ακτίνες-X, κάτι που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την βιολογική απεικόνιση σε υπερυψηλή ανάλυση.

Πυροδοτώντας ένα λέιζερ που δημιουργεί παλμούς φωτός διάρκειας ενός femtosecond - ή 10^-15 sec - μέσω ενός σωλήνα γεμάτου με αέριο ή  κυματοδηγού όπως αλλιώς λέγεται, ήταν σε θέση να δημιουργήσουν αποδοτικότερες ακτίνες "σαν λέιζερ", σε περιοχές του φάσματος που μέχρι τώρα ήταν απρόσιτες.

Η περιοχή του μήκους κύματος πέρα από την οποία παράγουν αυτή την ακτινοβολία των "μαλακών" ακτίνων-X ονομάζεται  περιοχή "παράθυρου του νερού", μια σημαντική περιοχή για την απεικόνιση των κυττάρων ή των ιστών, σύμφωνα με την καθηγήτρια της φυσικής Margaret Murnane.

Αυτό το παράθυρο του νερού είναι μια περιοχή στο φάσμα όπου το νερό απορροφάει λιγότερη ακτινοβολία από τον άνθρακα, κάτι που σημαίνει ότι ο άνθρακας απορροφά περισσότερη ακτινοβολία και έτσι γίνεται ευκολότερο να πάρουμε τις απεικονίσεις, σύμφωνα με τη Murnane. Η σύγχρονη τεχνολογία επιτρέπει στους ερευνητές να δουλέψουν σε αυτήν την περιοχή, αλλά όμως απαιτεί αρκετά και ακριβά όργανα.

"Αργότερα, όταν θα έχει προοδέψει η τεχνολογία, πιθανά να φτιάξουμε ένα μικροσκόπιο για να δούμε το εσωτερικό μέρος των κυττάρων, και ειδικότερα τις διαδικασίες που συμβαίνουν μέσα στα κύτταρα, ή ίσως να επιτρέψει στους επιστήμονες να καταλάβουν πώς τα φάρμακα λειτουργούν στα κύτταρα με λεπτομέρεια", λέει η Murnane.

Την εργασία για το θέμα αυτό υπογράφει η μεταπτυχιακή σπουδάστρια Emily Gibson, που δημοσιεύεται στην τρέχουσα έκδοση του περιοδικού Science.

"Κάποτε οι ερευνητές ήταν σε θέση να παραγάγουν μικρά ποσά φωτός στο "παράθυρο" του νερού με ένα λέιζερ, αλλά με τη βοήθεια των οπτικών ινών έχουμε παραγάγει αρκετή ακτινοβολία για να λάβουμε εικόνες των κυττάρων", αναφέρει η Emily Gibson.

Για να δημιουργήσουν τις "μαλακές" ακτίνες-X, η ερευνητική ομάδα που οδηγήθηκε από τους Kapteyn και Murnane πυροδότησε ένα λέιζερ μέσω ενός κοίλου σωλήνα γεμάτου αέριου ή κυματοδηγού. Το έντονο φως του λέιζερ δημιουργεί ιονισμό στο αέριο, δημιουργώντας θετικά ιόντα και ηλεκτρόνια, σύμφωνα με τη Murnane. Η ακτίνα του λέιζερ επιταχύνει έπειτα τα ηλεκτρόνια σε πολύ υψηλές ενέργειες που συγκρούονται έτσι με τα ιόντα, δημιουργώντας τέλος τις "μαλακές" ακτίνες-X, εξηγεί.

Δυστυχώς, μερικά από τα κύματα μπορούν να μην είναι σε φάση, ακυρώνοντας έτσι το ένα το άλλο και εξασθενώντας την ισχύ και τη συνοχή της ακτίνας εξόδου, εξηγεί η Murnane. Εντούτοις, με τη μεταβολή της διαμέτρου του κυματοδηγού, λέει η Murnane ότι μπορούν να κανονίσουν έτσι ώστε το φως του λέιζερ και οι "μαλακές" ακτίνες-X να ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα κατά μήκος της ίδιας τροχιάς, κάτι που αυξάνει την αποδοτικότητα της διαδικασίας. Κατά συνέπεια, ένα καλά συγχρονισμένο ρεύμα φωτονίων δημιουργεί μαλακές ακτίνες-Χ υψηλής ενέργειας.

Πολλές από τις σημαντικότερες τεχνολογίες του 20ού αιώνα, όπως το διαδίκτυο και η πυρηνική μαγνητική τομογραφία (MRI), προέκυψαν από τη χρήση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η οποία κυμαίνεται από τα ραδιοκύματα έως την ορατή περιοχή του φάσματος, λέει η ίδια. Στα τελευταία έτη οι οπτικές ίνες και η φωτονική έχουν αναπτύξει τις επικοινωνίες και έχουν δημιουργήσει μια νέα παγκόσμια κοινωνία μέσω του διαδικτύου.