Зміст
Лазер, що випромінює короткі імпульси, розроблений у Вроцлавському університеті науки і техніки, вже допомагає досліджувати сітківку ока і буде корисний для аналізу наноматеріалів і активації хімічних реакцій. Вчені планують комерціалізувати пристрій, який потенційно може замінити старі інструменти цього типу, що використовуються в науці та дослідженнях.
Команда доктора хаб. Гжегож Собонь з факультету електроніки, фотоніки та мікросистем, який розробив рішення, нещодавно отримав нагороду. Нікола Тесла нагороджений Вроцлавським університетом науки і техніки за видатні наукові та інженерні досягнення.
«Наша команда багато років займається лазерами. В рамках одного з проектів ми розробили волоконний лазер, який є імпульсним, тобто випромінює короткі «спалахи» світла. Вони з’являються через рівні проміжки часу і дуже короткі. У цьому випадку це означає кілька десятків фемтосекунд, де фемтосекунда дорівнює одній квадрильйонній секунди», – описує проф. PWr Grzegorz Soboń.
ІМПУЛЬС КОРОТШИЙ МІГАННЯ ОКА
Волоконний лазер — пристрій набагато простішої конструкції, ніж фемтосекундний титан-сапфіровий лазер, який зараз використовується для генерації коротких імпульсів. Лазерна версія, розроблена фахівцями Вроцлавського науково-технічного університету, також набагато простіша у використанні, вона не вимагає навичок використання лазерних технологій і може працювати з лікарем, біологом або хіміком.
«Ми підготували це так, що ви просто натискаєте одну кнопку і лазер працює. Що також дуже важливо у випадку впровадження цього рішення», – підкреслює проф. Собонь.
Дослідження взаємодії таких коротких імпульсів з речовиною відкриває шлях до спостереження різноманітних явищ. Таким чином, можливі застосування цього лазера включають багатофотонну мікроскопію для дослідження структури тканин, створення наноструктур на поверхнях, дослідження сучасних наноматеріалів або флуоресцентних білків, які важливі для нейродегенеративних захворювань.
«Його можна використовувати для аналізу різних біологічних структур і вивчення тканин, таких як мозок. Ви можете активувати певні процеси та хімічні реакції, які можуть бути цікаві для хіміків», – пояснює співрозмовник Nauka w Polsce.
БЕЗПЕЧНИЙ ЛАЗЕР У СІТКІВКУ ОКА
В даний час лазер, розроблений у Вроцлавському університеті науки і техніки, використовується для дослідження і візуалізації сітківки людського ока в Міжнародному центрі трансляційних досліджень очей (ICTER).
«Око є безцінним і чутливим органом людини, і будь-яке лазерне обладнання, яке буде використовуватися для потрапляння світла в око, має відповідати дуже суворим вимогам безпеки. На ринку не було лазерів, які б мали достатні параметри, щоб спостерігати бажаний ефект під час зображення ока і водночас відповідали стандартам безпеки», – описує дослідник із Вроцлавського університету науки і техніки.
Раніше цей метод візуалізації використовувався на мишах за допомогою титано-сапфірових лазерів. Ці структури – як описав проф. Soboń – вони досить старі, великі, складні та дорогі, але їхні параметри такі, що не підходять для безпечного дослідження зору людини.
Вчені з Вроцлавського університету науки і техніки провели перші випробування свого лазера на вилучених біологічних зразках. Пізніше, коли виявилося, що техніка працює, зробили прототип лазера, який встановили в інституті ICTER. Там він був інтегрований з офтальмоскопом, пристроєм для огляду очного дна. У 2022 році були проведені перші тести на людському оці, а потім ще десяток. Лазер все ще працює там, дозволяючи досліджувати миші та людський зір.
«В оці, в процесі зору, відбувається цикл хімічних реакцій, які запускаються світлом в результаті впливу фотона на фоторецептори. На певних етапах процесу зору утворюються молекули, які випромінюють флуоресценцію. Якщо ми освітлимо дану молекулу світлом певного кольору, вона відповість нам характерним малюнком світла іншого кольору», – описує співрозмовник Nauka w Polsce.
У системі офтальмоскопа сітківка пацієнта збуджується лазерним світлом, а такі речовини, як метаболіти вітаміну А, випромінюють флуоресценцію характерного кольору. Дослідники фіксують це і на основі цього отримують інформацію про властивості сітківки, наприклад, чи видно якісь несприятливі зміни.
Така ідея дослідження сітківки виникла у фахівців центру ICTER. Проблема з цим типом досліджень полягала в тому, що флуорофори повинні бути освітлені візуально шкідливим ультрафіолетовим світлом, щоб флуоресцувати. Тому ICTER використовує двофотонне поглинання, яке обходить фототоксичність ультрафіолетового світла за допомогою волоконного лазера.
ЧИТ МОЛЕКУЛИ
«Це процес, під час якого ми обманюємо сітківку ока та випромінюємо на неї світло з довжиною хвилі вдвічі більшою, що не є фототоксичним. Молекули, які поглинають два фотони цього випромінювання, «думають», що вони збуджені ультрафіолетовим світлом, але це не так. Таким чином ми отримуємо доступ до молекул, які раніше були недоступні, тому що не було можливості висвітлити їх таким чином», – описує проф. Собонь.
Технологія, яка використовується в описаному дослідженні, – це двофотонна збуджена флуоресцентна мікроскопія.
Лазер, розроблений у Вроцлавському університеті науки і техніки, досить універсальний і може використовуватися для різних застосувань. Це пояснюється тим, що ефект двофотонного поглинання добре відомий і використовується в багатьох інших галузях науки – не обов’язково в оці.
Наразі дослідники завершують проект за фінансування НЦРМ, який створює докомерційний продукт – рішення, яке можна реалізувати на найвищому рівні технологічної готовності.
«Ми хочемо комерціалізувати їх. Передбачається, що кожна лабораторія, яка б проводила дослідження сітківки або інші дослідження, могла б використовувати наш лазер», – зазначає дослідник.
Наука в Польщі, Ewelina Krajczyńska-Wujec
екр/ зан/
