Applikazzjonijiet tal-Laser Femtosecond fil-Mediċina

A Femtosecond Laserhuwa apparat li jiġġenera "dawl tal-polz ultra-short" li jarmi d-dawl għal żmien ultra qasir ta 'madwar triljun ta' sekonda biss. Fei hija l-abbrevjazzjoni tal-prefiss femto fis-Sistema Internazzjonali tal-Unitajiet, u 1 femtosecond=1×10^-15 sekonda. L-hekk imsejjaħ dawl tal-polz jarmi d-dawl għal mument biss. Il-ħin tal-emissjoni tad-dawl tal-flash ta 'kamera huwa ta' madwar mikrosekonda, għalhekk id-dawl tal-polz ultra-short femtosecond għandu biss madwar biljun wieħed mill-ħin tiegħu biex jarmu d-dawl. Kif nafu lkoll, il-veloċità tad-dawl itir b'veloċità bla paragun ta' 300,000 kilometru fis-sekonda (dawwar id-dinja seba' darbiet u nofs f'sekonda waħda). Madankollu, f'femtosecond wieħed, id-dawl javvanza biss 0.3 mikron.

Normalment, nużaw fotografija flash biex naqbdu l-istat istantanju ta 'oġġetti li jiċċaqilqu. Bl-istess mod, jekk tuża laser femtosecond biex titteptep, huwa possibbli li tara kull framment ta 'reazzjoni kimika li sseħħ b'veloċità vjolenti. Biex tagħmel dan, lasers femtosecond jistgħu jintużaw biex jistudjaw il-misteri ta 'reazzjonijiet kimiċi.

Reazzjonijiet kimiċi ġenerali jipproċedu wara li jgħaddu minn stat intermedju b'enerġija għolja, l-hekk imsejjaħ "stat attivat". L-eżistenza tal-istat attivat kienet teoretikament mbassra mill-kimiku Arrhenius kmieni kemm fl-1889, iżda minħabba li kien jeżisti għal mument qasir ħafna, ma setax jiġi osservat direttament. Iżda l-eżistenza tagħha ġiet murija direttament fl-aħħar tas-snin 80 permezz ta 'lejżers femtosecond, eżempju ta' l-użu ta 'lejżers femtosecond biex jiġu identifikati reazzjonijiet kimiċi. Pereżempju, il-molekula ta 'cyclopentanone tiddekomponi f'monossidu tal-karbonju u 2 molekuli ta' etilene fl-istat attivat.

Illum il-ġurnata, il-lejżers femtosecond jintużaw ukoll f'firxa wiesgħa ta 'oqsma bħall-fiżika, il-kimika, ix-xjenzi tal-ħajja, il-mediċina u l-inġinerija. B'mod partikolari, il-kombinazzjoni tad-dawl u l-elettronika hija mistennija li tiftaħ diversi possibbiltajiet ġodda fl-oqsma tal-komunikazzjonijiet, il-kompjuters u l-enerġija. Dan huwa minħabba li l-intensità tad-dawl tista 'tittrasmetti ammonti kbar ta' informazzjoni minn post għall-ieħor bi kważi l-ebda telf, u tagħmel komunikazzjonijiet ottiċi saħansitra aktar mgħaġġla. Fil-qasam tal-fiżika nukleari, il-lejżers femtosecond għamlu impatt kbir. Minħabba li d-dawl pulsat għandu kamp elettriku qawwi ħafna, huwa possibbli li taċċellera l-elettroni biex qrib il-veloċità tad-dawl fi żmien femtosecond 1, u għalhekk jista 'jintuża bħala "aċċeleratur" biex jaċċellera l-elettroni.

Applikazzjoni fil-Mediċina
Kif imsemmi hawn fuq, fid-dinja f'femtosekondi, anke d-dawl huwa ffriżat u ma jistax jimxi 'l bogħod ħafna, iżda anke fuq din l-iskala ta' żmien, l-atomi u l-molekuli fil-materja u l-elettroni ġewwa ċipep tal-kompjuter għadhom jiċċaqilqu fiċ-ċirkwit. Jekk tuża polz femtosecond tista’ twaqqafha istantanjament u tistudja x’jiġri. Minbarra li jteptep biex iwaqqaf il-ħin, il-lejżers tal-femtosecond jistgħu wkoll iħaffer microholes fil-metall b'dijametru żgħir daqs 200 nanometru (żewġ għaxar elef ta 'millimetru). Dan ifisser li d-dawl tal-polz ultra-qasir li huwa kkompressat u msakkar ġewwa f'perjodu qasir ta 'żmien jikseb effett aqwa ta' output ultra-għoli mingħajr ma jikkawża ħsara addizzjonali lill-inħawi. Barra minn hekk, id-dawl pulsat tal-lejżers femtosecond jista 'jaqbad immaġini tridimensjonali ta' oġġetti f'dettall estremament fin. Il-fotografija ta 'immaġni stereoskopika hija utli ħafna fid-dijanjosi medika, u b'hekk tiftaħ qasam ġdid ta' riċerka msejjaħ tomografija ta 'interferenza ottika. Din hija immaġni tridimensjonali ta 'tessut ħaj u ċelloli ħajjin maqbuda bl-użu ta' laser femtosecond. Per eżempju, polz qasir ħafna ta 'dawl huwa dirett lejn il-ġilda. Id-dawl tal-polz huwa rifless fuq il-wiċċ tal-ġilda, u parti mid-dawl tal-polz hija emessa fil-ġilda. In-naħa ta 'ġewwa tal-ġilda hija magħmula minn ħafna saffi. Id-dawl tal-polz li jidħol fil-ġilda jiġi mibgħut lura bħala dawl tal-polz żgħir. Mill-eki ta 'dawn id-dwal tal-polz varji fid-dawl rifless, l-istruttura interna tal-ġilda tista' tkun magħrufa.

Barra minn hekk, din it-teknoloġija għandha prattiċità kbira fil-mediċina oftalmika, kapaċi taqbad immaġini tridimensjonali tar-retina fil-fond fl-għajn. Dan jippermetti lit-tobba jiddijanjostikaw problemi bit-tessuti tagħhom. Dan it-tip ta 'eżami mhuwiex limitat għall-għajnejn. Jekk lejżer jintbagħat fil-ġisem bl-użu ta 'fibra ottika, jista' jeżamina t-tessuti kollha ta 'diversi organi fil-ġisem. Fil-futur, jista 'saħansitra jkun possibbli li jiġi identifikat jekk inbidelx f'kanċer.

Ir-realizzazzjoni ta 'arloġġi ultra-preċiżi
Ix-xjentisti jemmnu li jekk jintuża dawl viżibbli biex jagħmel arloġġ tal-laser femtosecond, ikun jista 'jkejjel il-ħin b'mod aktar preċiż minn arloġġ atomiku, u jservi bħala l-aktar arloġġ preċiż fid-dinja fil-ftit snin li ġejjin. Jekk l-arloġġ huwa preċiż, itejjeb ukoll ħafna l-eżattezza tal-GPS (Sistema ta 'Pożizzjonament Globali) użata għan-navigazzjoni tal-karozzi.

Għaliex id-dawl viżibbli jista 'jagħmel arloġġ preċiż? L-arloġġi u l-arloġġi kollha huma indispensabbli għall-moviment tal-pendli u l-irkaptu. Permezz tat-tbandil ta 'pendlu bi frekwenza ta' vibrazzjoni preċiża, il-gerijiet iduru għal sekondi, u arloġġi preċiżi mhumiex eċċezzjoni. Għalhekk, biex tagħmel arloġġ aktar preċiż, huwa meħtieġ li tuża pendlu bi frekwenza ta 'vibrazzjoni ogħla. Arloġġi tal-kwarz (arloġġi li jużaw oxxillazzjoni tal-kristall minflok pendlu) huma aktar preċiżi minn arloġġi tal-pendlu minħabba li r-resonatur tal-kwarz joxxilla aktar drabi kull sekonda.

L-arloġġ atomiku taċ-ċesju użat bħalissa bħala l-istandard tal-ħin għandu frekwenza ta 'oxxillazzjoni ta' madwar 9.2 gigahertz (il-prefiss tal-unità internazzjonali ta 'gigahertz, 1 gigahertz=10^9). L-arloġġ atomiku juża l-frekwenza ta 'oxxillazzjoni naturali ta' l-atomi taċ-ċesju u jissostitwixxi l-pendlu b'microwave li l-frekwenza ta 'oxxillazzjoni tagħhom hija konsistenti. L-eżattezza tagħha hija sekonda waħda biss f'għexieren ta 'miljuni ta' snin. B'kuntrast, dawl viżibbli għandu frekwenza ta 'oxxillazzjoni li hija 100,000 sa 1,000,000 darbiet ogħla mill-frekwenza ta' oxxillazzjoni microwave. Jiġifieri, l-enerġija tad-dawl viżibbli tista 'tintuża biex toħloq arloġġi ta' preċiżjoni li huma miljuni ta 'darbiet aktar preċiżi minn arloġġi atomiċi. L-aktar arloġġ preċiż fid-dinja li juża dawl viżibbli issa nbena b'suċċess f'laboratorju.

It-teorija tar-relattività ta’ Einstein tista’ tiġi vverifikata bl-għajnuna ta’ dan l-arloġġ preċiż. Poġġejna arloġġ preċiż bħal dan fil-laboratorju u l-ieħor fl-uffiċċju ta’ isfel, u kkunsidraw sitwazzjonijiet possibbli. Wara siegħa jew sagħtejn, ir-riżultat kien kif previst mit-teorija tar-relattività ta’ Einstein. Minħabba ż-żewġ Hemm "oqsma gravitazzjonali" differenti bejn l-artijiet, għalhekk iż-żewġ arloġġi m'għadhomx jippuntaw lejn l-istess ħin, u l-arloġġ 'l isfel imur aktar bil-mod mill-arloġġ ta' fuq. Kieku jintuża arloġġ aktar preċiż, forsi anke l-arloġġi li jintlibsu fuq il-polz u l-għaksa kienu jgħidu ħinijiet differenti dakinhar. Nistgħu sempliċement nesperjenzaw is-seħer tar-relattività bl-għajnuna ta 'arloġġi preċiżi.

veloċità tad-dawl li tnaqqas it-teknoloġija
Fl-1999, il-Professur Rainer Howe ta 'l-Università ta' Hubbard fl-Istati Uniti naqqas b'suċċess id-dawl għal 17-il metru kull sekonda, veloċità li l-karozzi jistgħu jlaħħqu magħha, u mbagħad naqqsu b'suċċess id-dawl għal veloċità li anke r-roti jistgħu jlaħħqu magħha. Dan l-esperiment jinvolvi l-aktar riċerka avvanzata fil-fiżika. Dan l-artikolu jintroduċi biss żewġ ċwievet għas-suċċess tal-esperiment. Wieħed huwa li tibni "sħaba" ta 'atomi tas-sodju b'temperatura estremament baxxa qrib iż-żero assolut (-273.15 grad ), stat ta' gass speċjali msejjaħ kondensat Bose-Einstein. L-ieħor huwa laser li jaġġusta l-frekwenza tal-vibrazzjoni (laser ta 'kontroll), u jużah biex idawwal sħaba ta' atomi tas-sodju, u jiġri xi ħaġa inkredibbli.

Ix-xjentisti l-ewwel jużaw laser ta 'kontroll biex jikkompressaw id-dawl tal-polz fis-sħaba ta' l-atomi u jnaqqsuh estremament. Imbagħad itfi l-laser tal-kontroll u d-dawl tal-polz jisparixxi. L-informazzjoni li tinġarr fuq id-dawl tal-polz hija maħżuna fis-sħaba tal-atomi. . Imbagħad jiġi irradjat b'lejżer ikkontrollat, u d-dawl tal-polz jiġi rrestawrat u joħroġ mis-sħaba tal-atomi. Bħala riżultat, il-polz oriġinarjament ikkompressat jerġa 'jwessa' u l-veloċità tiġi restawrata. Il-proċess kollu tad-dħul ta 'informazzjoni tad-dawl pulsat fis-sħaba atomika huwa simili ħafna għall-qari, il-ħażna, u r-reset f'kompjuter. Għalhekk, din it-teknoloġija tista 'tgħin biex tirrealizza r-realizzazzjoni ta' kompjuters quantum.

Mid-dinja ta' "femtosecond" għal "attosecond"

Femtoseconds huma lil hinn mill-immaġinazzjoni tagħna. Issa qed nidħlu fid-dinja tal-attoseconds, li huma iqsar minn femtoseconds. Ah hija l-abbrevjazzjoni tal-prefiss "atto" tas-Sistema Internazzjonali ta 'Unitajiet. 1 attosekonda=1×10^-18 sekonda=elf ta' femtosekonda. L-impulsi attosecond ma jistgħux isiru b'dawl viżibbli minħabba li t-tqassir tal-impulsi jeħtieġ l-użu ta 'dawl ta' wavelength iqsar. Pereżempju, jekk trid toħloq polz billi tuża dawl aħmar viżibbli, huwa impossibbli li toħloq polz iqsar minn dak il-wavelength. Dawl viżibbli għandu limitu ta 'madwar 2 femtosekondi, għalhekk l-impulsi attosecond jużaw raġġi-x jew raġġi gamma b'tul ta' mewġ iqsar. Mhux ċar x'se jiġi skopert fil-futur bl-użu ta' impulsi tar-raġġi-X attosecond. Pereżempju, l-użu ta 'fwawar attosecond biex jivviżwalizzaw il-bijomolekuli jippermettilna nosservaw l-attivitajiet tagħhom fuq skala ta' żmien qasir ħafna u forsi nidentifikaw l-istruttura tal-bijomolekuli.

Dettalji ta 'kuntatt:

Jekk għandek xi ideat, tħossok liberu li tkellem magħna. Ma jimpurtax fejn il-klijenti tagħna u x'inhuma r-rekwiżiti tagħna, aħna se nsegwu l-għan tagħna li nipprovdu lill-klijenti tagħna kwalità għolja, prezzijiet baxxi, u l-aħjar servizz.