211service.com
Nové lasery nahlížejí do buněk
Inženýři z Harvardské univerzity sestrojili laser, který by výzkumníkům umožnil nahlížet do buněk s ultravysokým rozlišením a sledovat buněčné události, jak k nim dochází. Přidáním nano antén k infračerveným laserům vědci umožnili zaostřit světlo mnohem těsněji. Lasery by skutečně mohly vést k zobrazování s nejméně 100krát větším rozlišením.
Světlý bod: Tyto dvě zlaté cihly na kvantovém kaskádovém laseru jsou dlouhé 1,2 mikrometru. Tyče fungují jako antény a zaostřují střední infračervené světlo na velikost bodu ekvivalentní mezeře mezi nimi, 100 nanometrů.
Až dosud bylo rozlišení mikroskopů používaných pro sledování chemického složení tkání omezeno fyzikální vlastností světla zvanou difrakční limit. Pomocí tradičních čoček lze světlo zaostřit pouze do paprsku širokého jako polovina jeho vlnové délky; pokud mikroskop používá střední infračervené světlo s vlnovou délkou 24 mikrometrů, lze jej zaostřit pouze na bod široký 12 mikrometrů. Vzhledem k velikosti živočišných buněk (10 mikrometrů), bakterií (1 mikrometr) a virů (desítky nanometrů) je to příliš velké.
V loňském roce výzkumníci z Harvardu jako první vyvinuli praktický systém pro překonání difrakčního limitu. Federico Capasso a Kenneth Crozier aplikoval tuto techniku na lasery používané ke čtení a zápisu disků v osobních počítačích. Tato práce může vést k velmi hustým úložným diskům podobným DVD, které obsahují stovky filmů. (Viz TR10: A New Focus for Light.) Nyní se výzkumníci z Harvardu obrátili na jiný druh přístroje, nazývaný kvantový kaskádový laser, a nové pole, biologické zobrazování.
Kvantové kaskádové lasery vyvinul Capasso a další v Bellových laboratořích v roce 1994. Tyto lasery jsou kompaktní a robustní a lze je sestrojit tak, aby vyzařovaly světlo na jakékoli vlnové délce v celém rozsahu spektra nazývaného střední infračervené. V rozsahu od 3 do 24 mikrometrů je toto světlo užitečné pro identifikaci různých chemikálií, protože střední infračervené světlo způsobuje rezonanci molekul na identifikovatelných frekvencích. Kvantové kaskádové lasery se používají pro snímání malých množství plynů, zejména znečišťujících látek, na úrovních pouhých jedné částice na miliardu.
Crozier a Capasso vytvořili ostřejší ohnisko pro již existující kvantové kaskádové lasery vyřezáním dvou malých zlatých pruhů, kde je vyzařováno světlo. Položí tenkou vrstvu zlata, pak ji odříznou a ponechají dvě obdélníková tykadla, každá o průměru asi jeden mikrometr. Když laser emituje světlo, v mezeře mezi zlatými anténami se vytvoří intenzivní elektrické pole, které soustředí světlo do paprsku o stejné šířce jako mezera, asi 100 nanometrů. Mikroskop využívající takový laser by měl také rozlišení asi 100 nanometrů.
Aplikace, kde se kvantové kaskádové lasery v současnosti ještě nepoužívají, je zobrazování s vysokým rozlišením, říká Claire Gmachl , elektroinženýr z Princetonské univerzity, který se podílel na vývoji kvantových kaskádových laserů v Bellových laboratořích. Gmachl říká, že tato technika je nejslibnější pro biologické zobrazování na buněčné úrovni. Mikroskopy využívající nové lasery by měly být schopny detekovat například změny jednotlivých proteinů na površích buněk.
Při použití optických antén, říká Crozier, je velikost bodu laserového světla omezena pouze mezerou mezi zlatými pruhy. Jak se zdokonalují techniky nanovýroby, mělo by být možné vyrábět optické mikroskopy s ještě vyšším rozlišením.