کاربرد فوتونیک در بهداشت و درمان

کاربرد فوتونیک در بهداشت و درمان

با خانم مهندس شکوفه ساتری

فوتونیک به علم تولید، تشخیص و دستکاری امواج نوری اشاره دارد. روش های مبتنی بر فوتونیک به طور قابل توجهی به سلامت عمومی از نظر توسعه مداخلات سریع، مقرون به صرفه و شخصی کمک کرده است. این روش ها به دلیل حرکت پرسرعت فوتون های نوری و توانایی امواج نور در نفوذ به موانع بیولوژیکی مختلف بدون ایجاد فعل و انفعالات ناخواسته، مزایای بسیاری دارند.

فوتونیک در بهداشت و درمان

فن آوری های فوتونیک در مراقبت های بهداشتی (بیوفوتونیک) شامل برهم کنش نور یا تشعشعات الکترومغناطیسی با موجودات زنده یا اجزای بیولوژیکی است. این تعامل در درجه اول به انرژی یا طول موج نور و خواص نوری سلول ها بستگی دارد. توزیع ضریب شکست داخلی در سلول ها ویژگی های نوری آنها را مشخص می کند.

کل محدوده طول موج نور را طیف الکترومغناطیسی می گویند. هم در پرتوهای با طول موج کوتاه و پرانرژی گاما یا اشعه ایکس و هم در امواج رادیویی با طول موج بلند و کم انرژی، بدن شفاف می ماند و تصویربرداری غیرتهاجمی از اندام های داخلی و استخوان ها را ممکن می سازد.

در مقابل، اشعه های مادون قرمز و فرابنفش به شدت توسط بافت های بیولوژیکی جذب می شوند. با توجه به این ویژگی، نورهای لیزری با طول موج های مادون قرمز/فرابنفش در طیف گسترده ای از تکنیک های زیست پزشکی برای ایجاد برش های بافتی، گرم کردن یا تبخیر کردن نواحی خاص بافت، یا مهر و موم کردن زخم ها استفاده می شود.

برخی از ماکرومولکول های زیست فعال می توانند به طور طبیعی انرژی های نوری خاص یا طول موج ها را در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی جذب کنند. مقدار انرژی جذب شده را می توان برای ارزیابی وضعیت فیزیولوژیکی یک اندام استفاده کرد.

ماکرومولکول‌هایی که انرژی نور را جذب نمی‌کنند، می‌توانند با رنگ‌ها/بیومارکرهای مهندسی شده ویژه برچسب‌گذاری شوند که می‌توانند از نور مرئی برای برجسته کردن انواع سلول‌های خاص مانند سلول‌های سرطانی استفاده کنند.

خواص نوری سلول ها

ضریب شکست یک سلول با توزیع جرم آن مرتبط است. انتشار نور در ماتریکس سلول را تعیین می کند. توزیع ضریب شکست در یک سلول یک تاخیر فاز برای نور عبوری ایجاد می کند که با تصویربرداری فاز کمی اندازه گیری می شود.

ضریب شکست یک ویژگی ساختاری ذاتی سلول ها است. می توان آن را یک نشانگر بیولوژیکی برای تمایز سلولی یا عفونت باکتریایی در نظر گرفت. تصاویر سلولی به دست آمده از روش تصویربرداری فاز کمی را می توان برای تعیین کمیت ضخامت نوری سلول ها تجزیه و تحلیل کرد. با این حال، توزیع ضریب شکست در یک سلول را نمی توان از این تصاویر به دست آورد مگر اینکه شکل سلول مشخص باشد.

توموگرافی پراش نوری یکی دیگر از تکنیک های تصویربرداری است که برای تعیین توزیع ضریب شکست در سلول ها به صورت کمی استفاده می شود. تصاویر فاز دو بعدی به دست آمده از تصویربرداری فاز کمی برای بازسازی توموگرافی سه بعدی استفاده می شود. روش توموگرافی برای استنتاج توزیع ضریب شکست از ضخامت نوری اندازه‌گیری شده توسط تصویربرداری فاز حیاتی است.