Tibbiyotda femtosekundli lazer ilovalari

A Femtosoniyali lazersoniyaning atigi trilliondan bir qismiga yaqin ultra qisqa vaqt davomida yorug'lik chiqaradigan "ultra qisqa pulsli yorug'lik" ishlab chiqaruvchi qurilma. Fei - Xalqaro birliklar tizimidagi femto prefiksining qisqartmasi va 1 femtosoniya=1×10^{5}} soniya. Pulsli yorug'lik deb ataladigan yorug'lik faqat bir lahzaga yorug'lik chiqaradi. Kamera chirog'ining yorug'lik chiqarish vaqti taxminan 1 mikrosekundni tashkil qiladi, shuning uchun femtosekundlik ultra qisqa pulsli yorug'lik yorug'lik chiqarish vaqtining milliarddan biriga ega. Hammamizga ma'lumki, yorug'lik tezligi misli ko'rilmagan tezlikda sekundiga 300,000 kilometr (bir soniyada yerni yetti yarim marta aylanib) uchadi. Biroq, bir femtosekundda yorug'lik faqat 0,3 mikronga o'tadi.

Odatda, biz harakatlanuvchi ob'ektlarning bir lahzalik holatini suratga olish uchun flesh-fotosuratdan foydalanamiz. Xuddi shunday, agar siz miltillash uchun femtosekundli lazerdan foydalansangiz, shiddatli tezlikda sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyaning har bir qismini ko'rish mumkin. Buning uchun kimyoviy reaksiyalar sirlarini o‘rganish uchun femtosekundli lazerlardan foydalanish mumkin.

Umumiy kimyoviy reaktsiyalar yuqori energiyaga ega bo'lgan oraliq holatdan o'tgandan so'ng, "faollashgan holat" deb ataladi. Faollashgan holatning mavjudligi 1889 yilda kimyogar Arrenius tomonidan nazariy jihatdan bashorat qilingan, ammo u juda qisqa vaqt davomida mavjud bo'lgani uchun uni bevosita kuzatish mumkin emas edi. Ammo uning mavjudligi 1980-yillarning oxirida to'g'ridan-to'g'ri femtosekund lazerlari tomonidan namoyish etildi, bu kimyoviy reaktsiyalarni aniq aniqlash uchun femtosekund lazerlaridan foydalanishga misol. Masalan, siklopentanon molekulasi faollashgan holatda uglerod oksidi va 2 ta etilen molekulasiga parchalanadi.

Hozirgi vaqtda femtosekundli lazerlar fizika, kimyo, hayot haqidagi fanlar, tibbiyot va muhandislik kabi keng doiradagi sohalarda ham qo'llaniladi. Xususan, yorug'lik va elektronikaning kombinatsiyasi aloqa, kompyuter va energetika sohalarida turli xil yangi imkoniyatlarni ochishi kutilmoqda. Buning sababi shundaki, yorug'lik intensivligi katta hajmdagi ma'lumotlarni bir joydan ikkinchi joyga deyarli yo'qotmasdan uzatishi mumkin, bu esa optik aloqani yanada tezlashtiradi. Yadro fizikasi sohasida femtosekundli lazerlar katta ta'sir ko'rsatdi. Impulsli yorug'lik juda kuchli elektr maydoniga ega bo'lganligi sababli, elektronlarni 1 femtosekund ichida yorug'lik tezligiga yaqinlashtirish uchun tezlashtirish mumkin, shuning uchun elektronlarni tezlashtirish uchun "tezlatuvchi" sifatida foydalanish mumkin.

Tibbiyotda qo'llash
Yuqorida aytib o'tilganidek, dunyoda femtosekundlarda hatto yorug'lik ham muzlab qoladi va juda uzoqqa harakatlana olmaydi, lekin bu vaqt miqyosida ham materiyadagi atomlar va molekulalar va kompyuter chiplari ichidagi elektronlar hali ham zanjir ichida harakatlanmoqda. Agar siz femtosekund pulsdan foydalansangiz, uni darhol to'xtatib, nima sodir bo'lishini o'rganishingiz mumkin. Vaqtni to'xtatish uchun miltillashdan tashqari, femtosekundli lazerlar diametri 200 nanometr (millimetrning ikki o'ndan mingdan ikkisi) gacha bo'lgan metallda mikroteshiklarni ham burg'ilashi mumkin. Bu qisqa vaqt ichida ichkarida siqilgan va qulflangan ultra-qisqa impulsli yorug'lik atrof-muhitga qo'shimcha zarar etkazmasdan, o'ta yuqori chiqishning ajoyib effektiga erishadi, degan ma'noni anglatadi. Bundan tashqari, femtosekundli lazerlarning impulsli yorug'ligi ob'ektlarning uch o'lchamli tasvirlarini juda nozik tafsilotlarda olishi mumkin. Stereoskopik tasvirni suratga olish tibbiy diagnostikada juda foydali bo'lib, optik shovqin tomografiyasi deb ataladigan yangi tadqiqot sohasini ochadi. Bu femtosekund lazer yordamida olingan tirik to'qimalar va tirik hujayralarning uch o'lchovli tasviridir. Masalan, yorug'likning juda qisqa zarbasi teriga yo'naltiriladi. Puls nuri teri yuzasida aks etadi va puls nurining bir qismi teriga chiqariladi. Terining ichki qismi ko'p qatlamlardan iborat. Teriga kirgan impuls nuri kichik impulsli yorug'lik sifatida orqaga qaytariladi. Yoritilgan yorug'likdagi bu turli xil impuls chiroqlarining aks-sadolaridan terining ichki tuzilishini bilish mumkin.

Bundan tashqari, ushbu texnologiya oftalmologiyada katta amaliylikka ega bo'lib, ko'zning chuqur qismida retinaning uch o'lchamli tasvirlarini olishga qodir. Bu shifokorlarga ularning to'qimalari bilan bog'liq muammolarni aniqlash imkonini beradi. Bunday tekshiruv faqat ko'zlar bilan cheklanmaydi. Agar lazer optik tola yordamida tanaga yuborilsa, u tanadagi turli organlarning barcha to'qimalarini tekshirishi mumkin. Kelajakda hatto saraton kasalligiga aylanganligini aniqlash mumkin bo'ladi.

Ultra aniq soatlarni amalga oshirish
Olimlarning fikricha, agar ko‘rinadigan yorug‘likdan femtosekundlik lazerli soat yasalsa, u atom soatiga qaraganda vaqtni aniqroq o‘lchay oladi va yaqin bir necha yil ichida dunyodagi eng aniq soat bo‘lib xizmat qiladi. Agar soat aniq bo'lsa, u avtomobil navigatsiyasi uchun ishlatiladigan GPS (global joylashishni aniqlash tizimi) aniqligini ham sezilarli darajada yaxshilaydi.

Nima uchun ko'rinadigan yorug'lik aniq soatni yaratishi mumkin? Barcha soatlar va soatlar mayatnik va viteslarning harakati uchun ajralmas hisoblanadi. Aniq tebranish chastotasiga ega mayatnikning tebranishi orqali viteslar bir necha soniya aylanadi va aniq soatlar bundan mustasno emas. Shuning uchun soatni aniqroq qilish uchun tebranish chastotasi yuqori bo'lgan mayatnikdan foydalanish kerak. Kvarts soatlari (maatnik o'rniga kristall tebranishdan foydalanadigan soatlar) mayatnikli soatlarga qaraganda aniqroqdir, chunki kvarts rezonatori soniyada ko'proq tebranadi.

Hozirgi vaqtda vaqt standarti sifatida foydalanilayotgan seziy atom soati taxminan 9,2 gigagerts tebranish chastotasiga ega (gigaherts xalqaro birligining prefiksi, 1 gigagerts=10^9). Atom soati seziy atomlarining tabiiy tebranish chastotasidan foydalanadi va mayatnikni tebranish chastotasi mos keladigan mikroto'lqinlar bilan almashtiradi. Uning aniqligi o'n millionlab yillar ichida atigi bir soniya. Aksincha, ko'rinadigan yorug'lik mikroto'lqinli tebranish chastotasidan 100,{6}} dan 1,000,000 marta yuqori bo'lgan tebranish chastotasiga ega. Ya'ni, ko'rinadigan yorug'lik energiyasi atom soatlariga qaraganda millionlab marta aniqroq bo'lgan aniq soatlarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Ko'rinadigan yorug'likdan foydalanadigan dunyodagi eng aniq soat laboratoriyada muvaffaqiyatli qurildi.

Eynshteynning nisbiylik nazariyasi ushbu aniq soat yordamida tekshirilishi mumkin. Biz shunday aniq soatlardan birini laboratoriyaga, ikkinchisini esa pastdagi ofisga joylashtirdik va yuzaga kelishi mumkin bo'lgan vaziyatlarni ko'rib chiqdik. Bir yoki ikki soatdan so'ng natija Eynshteynning nisbiylik nazariyasi bashorat qilganidek bo'ldi. Ikkalasi tufayli Qavatlar o'rtasida turli xil "tortishish maydonlari" mavjud, shuning uchun ikkita soat endi bir xil vaqtni ko'rsatmaydi va pastdagi soat yuqori qavatdagi soatga qaraganda sekinroq ishlaydi. Agar aniqroq soat ishlatilsa, ehtimol hatto bilak va to'pig'iga taqiladigan soatlar ham o'sha kunning turli vaqtlarini aytib berar edi. Biz aniq soatlar yordamida nisbiylik jozibasini his qilishimiz mumkin.

yorug'lik tezligini sekinlashtiruvchi texnologiya
1999-yilda AQShning Xabbard universiteti professori Rayner Xou yorug‘likni sekundiga 17 metrga, avtomobillar yetib oladigan tezlikka muvaffaqiyatli sekinlashtirdi, keyin esa yorug‘likni hatto velosipedlar ham yetib oladigan tezlikka muvaffaqiyatli sekinlashtirdi. Ushbu tajriba fizikadagi eng ilg'or tadqiqotlarni o'z ichiga oladi. Ushbu maqolada tajriba muvaffaqiyatining faqat ikkita kaliti keltirilgan. Ulardan biri mutlaq nolga (-273.15 daraja) yaqin boʻlgan oʻta past haroratli natriy atomlaridan iborat “bulut”ni yaratish, Bose-Eynshteyn kondensati deb ataladigan maxsus gaz holati. Ikkinchisi tebranish chastotasini sozlaydigan lazer (nazorat lazeri) va uni natriy atomlari bulutini yoritish uchun ishlatadi va aql bovar qilmaydigan narsa sodir bo'ladi.

Olimlar birinchi navbatda atomlar bulutidagi impuls nurini siqish va uni juda sekinlashtirish uchun nazorat lazeridan foydalanadilar. Keyin ular nazorat lazerini o'chiradi va zarba nuri yo'qoladi. Impuls nuridagi ma'lumotlar atomlar bulutida saqlanadi. . Keyin u boshqariladigan lazer bilan nurlanadi va zarba nuri tiklanadi va atomlar bulutidan chiqib ketadi. Natijada, dastlab siqilgan puls yana kengayadi va tezlik tiklanadi. Atom bulutiga impulsli yorug'lik ma'lumotlarini kiritishning butun jarayoni kompyuterda o'qish, saqlash va qayta o'rnatishga juda o'xshaydi. Shu sababli, ushbu texnologiya kvant kompyuterlarini amalga oshirishga yordam beradi.

"Femtosekund" olamidan "attosekund"gacha

Femtosekundlar bizning tasavvurimizdan tashqarida. Endi biz femtosekundlarga qaraganda qisqaroq bo'lgan attosekundlar dunyosiga boryapmiz. Ah - Xalqaro birliklar tizimining "atto" prefiksining qisqartmasi. 1 attosoniya=1×10^-18 soniya=femtosekundning mingdan biri. Attosekundli impulslarni ko'rinadigan yorug'lik bilan amalga oshirib bo'lmaydi, chunki impulslarni qisqartirish qisqaroq to'lqin uzunlikdagi yorug'likdan foydalanishni talab qiladi. Misol uchun, agar siz qizil ko'rinadigan yorug'lik yordamida puls yaratmoqchi bo'lsangiz, bu to'lqin uzunligidan qisqaroq impuls yaratish mumkin emas. Ko'rinadigan yorug'lik taxminan 2 femtosekund chegarasiga ega, shuning uchun attosekund impulslari qisqaroq to'lqin uzunlikdagi rentgen nurlari yoki gamma nurlaridan foydalanadi. Attosekundli rentgen impulslari yordamida kelajakda nima kashf etilishi noma'lum. Misol uchun, biomolekulalarni ko'rish uchun attosekundli miltillashlardan foydalanish bizga ularning faoliyatini juda qisqa vaqt oralig'ida kuzatish va, ehtimol, biomolekulalarning tuzilishini aniqlash imkonini beradi.

Bog'lanish uchun ma'lumot:

Agar sizda biron bir fikr bo'lsa, biz bilan gaplashing. Mijozlarimiz qayerda bo'lishidan va bizning talablarimiz qanday bo'lishidan qat'i nazar, biz mijozlarimizga yuqori sifat, arzon narxlar va eng yaxshi xizmatni taqdim etish maqsadimizga amal qilamiz.