Gør det usynlige synligt:​​Indviklede fotoner til billeddannelse og måleteknik

Indviklede fotoner kan bruges til at forbedre billeddannelses- og måleteknikker. Et team af forskere fra Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF i Jena har udviklet en kvantebilledløsning, der kan lette meget detaljeret indsigt i vævsprøver ved hjælp af ekstreme spektralområder og mindre lys.

Selvom optiske analyseteknikker som mikroskopi og spektroskopi er ekstremt effektive i synlige bølgelængdeområder, de når hurtigt deres grænser i det infrarøde eller terahertz -område. At, imidlertid, er netop der, hvor værdifuld information er skjult. For eksempel, biostoffer som proteiner, lipider og andre biokemiske komponenter kan skelnes på grundlag af deres karakteristiske molekylvibrationer. Disse vibrationer stimuleres af lys i midten af ​​infrarødt til terahertz-område og er meget vanskelige at opdage med konventionelle måleteknikker. "Hvis disse bevægelser kunne fanges eller fremkaldes, det ville være muligt at se præcis, hvordan visse proteiner, lipider og andre stoffer fordeles i celleprøver. For eksempel, nogle former for kræft har en karakteristisk koncentration eller ekspression af visse proteiner. Dette ville betyde, at sygdommen kunne opdages og behandles mere effektivt. Mere præcis viden om fordelingen af ​​biostoffer kan bringe store fremskridt inden for lægemiddelforskning, såvel, "siger kvanteforsker Dr. Markus Gräfe fra Fraunhofer IOF.

Forviklede fotoner - tvillinger endnu forskellige

Men hvordan kan information fra disse ekstreme bølgelængdeområder synliggøres? Den kvantemekaniske effekt af fotonindvikling hjælper forskerne med at tillade dem at udnytte to lysstråler med forskellige bølgelængder. I et interferometrisk setup, en laserstråle sendes gennem en ikke -lineær krystal, hvori den genererer to sammenfiltrede lysstråler. Disse to stråler kan have meget forskellige bølgelængder afhængigt af krystalets egenskaber, men de er stadig forbundet med hinanden på grund af deres sammenfiltring.

"Så nu, mens en fotonstråle i det usynlige infrarøde område sendes til objektet for belysning og interaktion, dens dobbeltstråle i det synlige spektrum fanges af et kamera. Da de sammenfiltrede lyspartikler bærer de samme oplysninger, et billede genereres, selvom lyset, der når kameraet, aldrig interagerede med det faktiske objekt, "forklarer Gräfe. Den synlige tvilling giver i det væsentlige indsigt i, hvad der sker med den usynlige tvilling.

Det samme princip kan også bruges i det ultraviolette spektralområde:UV -lys skader let celler, så levende prøver er ekstremt følsomme over for det lys. Dette begrænser betydeligt den tid, der er til rådighed for undersøgelse, for eksempel, celleprocesser, der varer flere timer eller mere. Da mindre lys og mindre doser af stråling trænger ind i vævsceller under kvantebilleddannelse, de kan observeres og analyseres ved høj opløsning i længere perioder uden at ødelægge dem.

Lille samling og små strukturer

"Vi er i stand til at demonstrere, at hele den komplekse proces kan udføres på en måde, der er robust, kompakt og bærbar, "siger Gräfe. Forskerne arbejder i øjeblikket på at gøre systemet endnu mere kompakt, krymper den til størrelsen af ​​en skokasse, og for yderligere at forbedre dens opløsning. Det næste skridt, de håber at opnå, er, for eksempel, et kvantescanningsmikroskop. I stedet for at billedet bliver taget med et bredfeltskamera, det vil blive scannet, ligner et laserscannende mikroskop. Forskerne forventer, at dette vil give endnu højere opløsninger på mindre end en mikrometer (1 µm), muliggøre undersøgelse af strukturer i individuelle celler i endnu større detaljer. Gennemsnitlig, en celle måler cirka ti mikrometer i størrelse. På lang sigt, de ønsker at se kvantebilleddannelse integreret i eksisterende mikroskopisystemer som en grundlæggende teknologi, og dermed sænke barriererne for branchens brugere.

Demonstranten er et af resultaterne af Fraunhofer fyrprojektet QUILT, som samler kvanteoptik -ekspertisen fra Fraunhofer Institutes for Applied Optics and Precision Engineering IOF, til fysiske måleteknikker IPM, til mikroelektroniske kredsløb og systemer IMS, for industriel matematik ITWM, fra Optronics, Systemteknologier og billedudnyttelse IOSB og til laserteknologi ILT.