การถ่ายภาพด้วยแสงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างภาพเซลล์ทางชีววิทยาด้วยลักษณะที่ไม่ทำลายและปราศจากฉลาก ทีมนักวิจัยในญี่ปุ่นได้รวมเทคนิคทางแสงทั่วไปสองแบบ ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์เฟสเชิงปริมาณและการถ่ายภาพด้วยการสั่นสะเทือนระดับโมเลกุลเพื่อสร้างภาพที่มีรายละเอียดของเซลล์ชีวภาพที่มีชีวิต วิธีการใหม่นี้สามารถใช้เพื่อสังเกตว่าโมเลกุลชนิดพื้นฐาน
ถูกกระจายไปในเซลล์เดี่ยวอย่างไร โดยสามารถนำไป
ใช้ในทางชีววิทยาและการแพทย์ได้การถ่ายภาพเฟสเชิงปริมาณ (QPI) เป็นเทคนิคที่วัดการกระจายแบบ 3 มิติของดัชนีการหักเหของแสงในตัวอย่างที่โปร่งใส โดยการคำนวณว่าคลื่นแสงจะเคลื่อนที่ไปอย่างไรเมื่อผ่านตัวอย่าง จึงสามารถใช้เพื่อเห็นภาพโครงร่างขาวดำของเซลล์ชีวภาพตลอดจนโครงร่างของโครงสร้างหลักภายใน ข้อมูลนี้สามารถใช้เพื่อสร้างภาพ 3 มิติของเซลล์ใหม่ได้
การถ่ายภาพด้วยการสั่นสะเทือนระดับโมเลกุล (MVI) ในส่วนนั้น ให้ข้อมูลเกี่ยวกับพันธะทางชีวโมเลกุลตามการกระเจิงของแสงรามันหรือการดูดกลืนแสงอินฟราเรดช่วงกลาง (MIR) เมื่อโมเลกุลตื่นเต้นด้วยแสง MIR จากเลเซอร์ พวกมันจะสั่นที่ความถี่หนึ่งและทำให้สภาพแวดล้อมของพวกมันร้อนขึ้นในกระบวนการที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ความร้อนจากแสง ด้วยการใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสง MIR กับตัวอย่างทางชีววิทยา นักวิจัยสามารถเลือกเพิ่มอุณหภูมิของพันธะเคมีบางประเภทได้ และเพื่อระบุโครงสร้างทางชีวภาพ เช่น โปรตีนภายในเซลล์ ไขมัน หรือกรดนิวคลีอิก
ทั้งสองเทคนิครวมกัน
ในการทดลอง ทีมที่นำโดยTakuro Ideguchiจากมหาวิทยาลัยโตเกียวได้รวม QPI และ MVI เข้าเป็นกระบวนการเดียวที่คล่องตัว หลังจากถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์เฟสเชิงปริมาณของเซลล์ที่มีชีวิตโดยปิดแหล่งกำเนิดแสง MIR แล้ว จากนั้นจึงทำการวัดซ้ำโดยที่แหล่งกำเนิดเปิดอยู่ ความแตกต่างระหว่างภาพทั้งสองเผยให้เห็นทั้งโครงร่างของโครงสร้างหลักภายในเซลล์และตำแหน่งที่แน่นอนของประเภทของโมเลกุลที่กระตุ้นด้วยแสง MIR
ในงานของพวกเขา Ideguchi และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าพวกเขารู้สึกประทับใจเมื่อได้สังเกตเห็นลักษณะเฉพาะของการสั่นสะเทือนระดับโมเลกุลของโปรตีน และจากนั้นเมื่อสัญญาณเฉพาะโปรตีนนี้ปรากฏขึ้นในตำแหน่งเดียวกับนิวเคลียส ซึ่งเป็นโครงสร้างภายในนิวเคลียสของเซลล์ซึ่งมีปริมาณมาก ของโปรตีนที่คาดหวัง
การถ่ายภาพด้วยแสงเพื่อติดตามการตอบสนองของมะเร็งในระยะเริ่มต้นของกระบวนการบำบัด แม้ว่าในปัจจุบันจะใช้เวลาประมาณ 50 วินาทีหรือมากกว่าในการถ่ายภาพให้สมบูรณ์ แต่ทีมงานในโตเกียวก็มั่นใจว่าพวกเขาสามารถเร่งกระบวนการได้โดยการผสมผสานแหล่งกำเนิดแสง MIR ที่มีกำลังสูงและกล้องที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นในการตั้งค่าทดลอง
แนวทางซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในOpticaสามารถใช้เพื่อศึกษากระบวนการทางชีววิทยาที่ซับซ้อนและเปราะบางที่เกี่ยวข้องกับโรคในเซลล์และการพัฒนาสเต็มเซลล์ และเพื่อติดตามการส่งยา นักวิจัยกล่าว ในการใช้งานดังกล่าว เซลล์จะต้องได้รับการสังเกตเป็นเวลานานโดยไม่รบกวนเซลล์เหล่านั้น
quasiparticles ที่เคลื่อนไหวช้า“พูดอย่างคลาสสิก
โฟตอนเข้ามา ถูกอะตอมหนึ่งดูดซับและผลักมันไปยังรัฐ Rydberg” Vuletić อธิบาย “หลังจากนั้นไม่นาน โฟตอนจะถูกปลดปล่อยและดูดซับโดยอะตอมอื่น ซึ่งคงอยู่ในสถานะ Rydberg ชั่วขณะหนึ่ง กลไกควอนตัม แก๊สอยู่ในสถานะซ้อนทับของความเป็นไปได้ทั้งหมดเหล่านี้” คัปปลิ้งโฟตอน-อะตอมเหล่านี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็นควอซิเพิลที่เคลื่อนที่ช้าซึ่งเรียกว่าโพลาริตันซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างแรงกว่าโฟตอนมาก
การใช้เทคนิคนี้เพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ที่น่ารังเกียจนั้นยากกว่า Polaritons โต้ตอบโดยการเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงในพื้นที่ของสื่อ หากต้องการเปลี่ยนการโต้ตอบนี้จากการดึงดูดใจเป็นการน่ารังเกียจ ต้องใช้โพลาริทันที่เปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงในพื้นที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม แม้ว่าสิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนวิธีการกำหนดแสงตกกระทบ การเปลี่ยนแปลงนี้ยังให้มวลผลลบของโพลาริตันอีกด้วย “สำหรับสัญญาณหนึ่งของการดีจูน อนุภาคจะดึงดูดกัน” Vuletić อธิบาย: “อีกด้านหนึ่งของการดีจูน คุณเปลี่ยนทั้งปฏิกิริยาและระยะมวล – และอนุภาคยังคงดึงดูดกัน”
ในปี 2014 กลุ่มของ Lukin ได้ร่วมมือกับ Hans-Peter Buchlerนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัย Stuttgart ในเยอรมนีเพื่อพัฒนาคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของขั้วแสงสโลว์ไลท์ ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะบางประการ ทีมงานได้เสนอว่าควรมีปฏิสัมพันธ์ที่น่ารังเกียจระหว่างโพลาริตัน น่าเสียดาย เมื่อกลุ่มของ Lukin และ Vuletić พยายามทำความเข้าใจเงื่อนไขเหล่านี้ พวกเขาพบว่าเป็นไปไม่ได้: “เราไม่คิดว่าข้อเสนอนี้ผิด” Vuletić กล่าว “ระบบของเราใช้ไม่ได้ผลและต้องใช้เลเซอร์ที่สูงมาก พลังที่เราเอื้อมไม่ถึง”
สองสถานะอะตอมหลังจากสำรวจความเป็นไปได้หลายอย่างแล้ว ทั้งสองกลุ่มได้คิดค้นและแสดงให้เห็นถึงรูปแบบทางเลือกที่ประสบความสำเร็จ ซึ่งโฟตอนจะถูกจับคู่พร้อมกันกับสถานะอะตอมสองสถานะในอะตอมเดียวกัน “การรวมโฟตอนกับสสารไม่เพียงเพียงครั้งเดียวแต่สองครั้งทำให้เรามีพารามิเตอร์อิสระอีกตัวหนึ่ง ซึ่งเราสามารถเปลี่ยนแปลงมวลของอนุภาคได้อย่างอิสระจากดัชนีการหักเหของแสง” Vuletić อธิบาย นักวิจัยได้ใช้สิ่งนี้โดยการปรับความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ พวกเขาสามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่ว่าโฟตอนที่ออกจากก๊าซมีแนวโน้มที่จะทำร่วมกันมากกว่าหรือน้อยกว่าที่คาดโดยบังเอิญ นี่แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถควบคุมได้ว่าขั้วในแก๊สจะดึงดูดหรือผลักกัน นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงแรงผลักสามตัวระหว่างขั้ว
Credit : galleryworld.net garybaughman.net genericcanadatadalafil.net globalfreeenergy.info grantstreetgallery.net
