Μια Απροσδόκητη Συμπεριφορά του Λέιζερ Εμφανίζεται

Η ανακάλυψη ξεκίνησε με μια παρατήρηση που δεν ταίριαζε με τις προσδοκίες. Οι ερευνητές είχαν προηγουμένως κατασκευάσει έναν ακριβή διαμορφωτή ινών, μια συσκευή που επιτρέπει τον προσεκτικό έλεγχο του φωτός λέιζερ που ταξιδεύει μέσω μιας πολυτροπικής οπτικής ίνας, ικανής να μεταφέρει υψηλά επίπεδα ισχύος.

"Η κοινή πεποίθηση στον τομέα είναι ότι αν αυξήσεις την ισχύ σε αυτόν τον τύπο λέιζερ, το φως αναπόφευκτα θα γίνει χαοτικό. Αλλά αποδείξαμε ότι αυτό δεν ισχύει. Ακολουθήσαμε τα στοιχεία, αγκάλιασαμε την αβεβαιότητα και βρήκαμε έναν τρόπο να αφήσουμε το φως να οργανωθεί από μόνο του σε μια καινοτόμο λύση για βιοαπεικόνιση," λέει η Sixian You, βοηθός καθηγήτρια στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών (EECS) του MIT, μέλος του Εργαστηρίου Έρευνας για Ηλεκτρονικά και αρχική συγγραφέας μιας εργασίας για αυτήν την τεχνική απεικόνισης.

Συνθήκες που Επιτρέπουν την Αυτοοργανωμένη Ακτινοβολία

Για την αναπαραγωγή αυτού του αποτελέσματος, η ομάδα προσδιόρισε δύο βασικές απαιτήσεις:

Πρώτον, το λέιζερ πρέπει να εισέλθει στην ίνα σε ένα τέλεια ευθυγραμμισμένη, μηδενική μοίρα γωνία, η οποία είναι πιο αυστηρή από την τυπική πρακτική. Δεύτερον, η ισχύς πρέπει να αυξηθεί μέχρι το φως να αρχίσει να αλληλεπιδρά απευθείας με το υλικό γυαλιού της ίνας.

"Σε αυτή την κρίσιμη ισχύ, η μη γραμμικότητα μπορεί να αντισταθμίσει την εγγενής διαταραχή, δημιουργώντας μια ισορροπία που μεταμορφώνει τη δέσμη εισόδου σε μια αυτοοργανωμένη μολυβίδα ακτίνα," εξηγεί ο Honghao Cao, κύριος συγγραφέας της μελέτης.

Οξύτερη Απεικόνιση με Λιγότερα Αποτελέσματα Διάθλασης

Οι δοκιμές έδειξαν ότι αυτή η μολυβίδα ακτίνα είναι και σταθερή και υψηλής λεπτομέρειας σε σύγκριση με παρόμοιες δέσμες. Πολλές συμβατικές δέσμες παράγουν "πλευρικούς λοβούς" — θολούς φωτοστέφανους που μειώνουν την ευκρίνεια της εικόνας.

Αντίθετα, αυτή η δέσμη παραμένει καθαρή και σφικτά εστιασμένη. Οι ερευνητές στη συνέχεια εφάρμοσαν την τεχνική για να απεικονίσουν τον ανθρώπινο αιματοεγκεφαλικό φραγμό, ένα πυκνό στρώμα κυττάρων που προστατεύει τον εγκέφαλο από επιβλαβείς ουσίες αλλά αποκλείει επίσης πολλά φάρμακα.

Ταχύτερη 3D Απεικόνιση του Αιματοεγκεφαλικού Φραγμού

Με αυτή την αυτοοργανωμένη δέσμη, η ομάδα παρήγαγε τρισδιάστατες εικόνες του ανθρώπινου αιματοεγκεφαλικού φραγμού με ταχύτητες περίπου 25 φορές ταχύτερες από την τρέχουσα χρυσή προδιαγραφή προσέγγισης, διατηρώντας παράλληλα παρόμοια ποιότητα εικόνας. Η μέθοδος καθιστά επίσης δυνατή την παρατήρηση του πώς τα μεμονωμένα κύτταρα απορροφούν φάρμακα σε πραγματικό χρόνο.

Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να αξιολογήσουν αν οι θεραπείες για καταστάσεις όπως το Alzheimer ή η ΑΜΣ φτάνουν πραγματικά στους προβλεπόμενους στόχους τους στον εγκέφαλο.

Πρακτικές Εφαρμογές και Μελλοντική Έρευνα

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Methods και παρουσιάζει μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την επιστήμη των νευρικών απεικονίσεων. Η τεχνική θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε ερευνητικά εργαστήρια για να μελετήσουν πώς τα νέα φάρμακα για τον εγκέφαλο διασχίζουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

"Η δυνατότητα να βλέπουμε με ακρίβεια και σε πραγματικό χρόνο πώς τα φάρμακα εισέρχονται στον εγκέφαλο είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάπτυξη νέων θεραπειών," σημειώνει ο Roger Kamm, καθηγητής βιολογικής και μηχανικής μηχανικής στο MIT.

Βιβλιογραφία

• sciencedaily.com