شناخت ویروس ها و عفونت های ویروسی با روش های بیوفتونیک

خلاصه

در چند دهه اخیر، شیوع عفونت‌های ویروسی اغلب زیرساخت‌های بهداشتی در سراسر جهان را به چالش کشیده و علیرغم پیشرفت در فناوری‌های تشخیصی، بار مالی قابل‌توجهی و همچنین رنج انسانی را به همراه داشته است. شیوع اخیر ویروس ابولا در قاره آفریقا، ویروس زیکا در قاره آمریکا، سندرم حاد تنفسی (SARS)، سندرم تنفسی خاورمیانه (MERS)، آنفولانزای A و اخیراً سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV) -2) عفونت های ویروسی بارها و بارها اهمیت پیشرفت تکنولوژی را برجسته کرده اند که درک بهتر ویریون ها را ممکن می سازد. در این بررسی، ما به طور سیستماتیک جنبه‌های مختلف ویریون‌ها و چگونگی بررسی خواص و عملکردهای آنها را با استفاده از فناوری‌های مختلف مبتنی بر نور مورد بحث قرار می‌دهیم. ما بر طبقه بندی ویریون، تشخیص و تعامل با سیستم ایمنی میزبان تمرکز می کنیم. علاوه بر این، پتانسیل روش‌های بیوفتونیک پیشرفته، به عنوان مثال، رامان، بازتاب مادون قرمز، طیف‌سنجی جذب و فلورسانس، تکنیک‌های میکروسکوپی پیشرفته و رویکردهای مبتنی بر حسگر زیستی برای تشخیص عفونت‌های ویروسی، بررسی درمان‌ها و توسعه واکسن شرح داده شده است. اگرچه پیشرفت‌های قابل توجهی قبلاً در فناوری‌های فوتونیک انجام شده است، که حتی امکان تجسم تعاملات ویریون-میزبان را در سطح تک سلولی فراهم می‌کند، تکامل مداوم ویروس‌ها نیازمند پیشرفت بیشتر در راه‌حل‌های بیوفوتونی برای دستگاه‌های نظارت بر سلامت سریع، مقرون‌به‌صرفه و قوی برای غربالگری عفونت‌های ویروسی است.

طیف سنجی جذب مادون قرمز با سطح افزایش یافته است

طیف سنجی جذب مادون قرمز با سطح افزایش یافته است

طیف‌سنجی جذبی مادون قرمز تقویت‌شده سطحی (SEIRAS) یک تکنیک حساس به سطح است که در آن مولکول‌های بیولوژیکی با بهره‌برداری از ویژگی‌های الکترومغناطیسی لایه‌های فلزی نانوساختار شناسایی می‌شوند که اثر انگشت ارتعاشی مولکول‌ها را افزایش می‌دهد [16]. در ابتدا، مولکول ها روی سطح رسانا (فلزی) لایه نازک جذب می شوند. هنگامی که پرتوهای مادون قرمز بر روی مولکول های جذب شده تابش می شود، حالت های ارتعاشی مولکول ها حالت های دوقطبی را در ذرات فلزی نانوساختار القا می کنند. این ارتعاشات مولکولی را می توان با نانوذرات مجاور در میدان نزدیک جفت کرد و جذب مادون قرمز را افزایش داد [17]. به این ترتیب، مقادیر کمی از مولکول های آنالیت را می توان با حساسیت بالا از طریق افزایش جذب مادون قرمز شناسایی کرد. به دلیل سرعت و دقت، SEIRAS به طور گسترده ای برای مطالعه فتوشیمی سطح و واکنش های کاتالیزوری و همچنین برای شناسایی مولکول های مختلف بیولوژیکی استفاده می شود [18، 19]. به عنوان مثال، یائو و همکاران. استفاده از اثر SEIRAS را برای شناسایی SARS-CoV-2 با تجزیه و تحلیل برهمکنش نمونه‌های حاوی SARS-CoV-2 با پروب‌های DNA تک رشته‌ای که بر روی سطح فیلم‌های نانوجزیره طلای تبخیر شده عامل‌دار شده بودند، نشان داد. پروب های DNA تک رشته ای حاوی توالی های ژنومی مرتبط با SARS-CoV-2 بودند. طیف SEIRAS از نمونه‌های حاوی RNA ویروسی با نمونه‌های کنترل بدون RNA ویروسی مقایسه شد. این روش تشخیص 1 میکرومولار اسید نوکلئیک SARS-CoV-2 را بدون تقویت در کمتر از 5 دقیقه امکان پذیر کرد [16]. علاوه بر این، SEIRAS همراه با تیمار تقویت پلیمراز ریکامبیناز، تشخیص نوکلئیک اسید SARS-CoV-2 را در ساعت 5 صبح در 30 دقیقه امکان پذیر کرد.

کارگاه بین المللی زنان در فوتونیک 2022 در موسسه فناوری فوتونیک

کارگاه آموزشی: زنان در فوتونیک

موسسه فناوری فوتونیک

خیابان آلبرت انیشتین 

آلمان

در مورد فرصت های شغلی در فوتونیک بیاموزید

کارگاه زنان در فوتونیک با هدف برقراری ارتباط بین دانشمندان زن عالی در ابتدای کار خود با متخصصان فوتونیک که در موسسات و شرکت‌های تحقیقاتی موقعیت‌های پیشرو دارند، انجام می‌شود. این رویداد به زنان دانشمند (کاندیداهای فوق دکترا و دکترا) در زمینه (زیست) فوتونیک که می خواهند کارهای تحقیقاتی خود را ارائه دهند، شبکه های حرفه ای بسازند و مهارت های شغلی خاصی را بهبود بخشند، مخاطب قرار می دهد.

شرکت‌کنندگان این فرصت را خواهند داشت تا با دانشمندان با تجربه‌ای که در دانشگاه و صنعت کار می‌کنند تبادل نظر کنند و به طور مشترک استراتژی‌هایی را برای یک حرفه حرفه‌ای موفق توسعه دهند.

این رویداد شامل پذیرایی و گردهمایی شبکه‌ای، ارائه شرکت‌های با فناوری پیشرفته در مورد فرصت‌های شغلی بالقوه در فوتونیک زیستی، کارگاه‌های مختلف متمرکز بر توسعه مهارت‌ها، فرصت حضور و ارائه سخنرانی‌های علمی، و شبکه‌سازی فردی خواهد بود. جلسات با رهبران صنعت و کارشناسان دانشگاهی.

لیزرها و سیستم‌های تصویربرداری، فوتونیک سبز و پایداری

لیزرها و سیستم‌های تصویربرداری، فوتونیک سبز و پایداری

سنجش از دور و نقطه‌ای، از جمله نظارت بر ایمنی آب و غذا • LIDARهای زمینی، هوا و فضا برای پوشش گیاهی، گازهای گلخانه‌ای، اندازه‌گیری باد • ایمنی خودرو، هواپیما و فضاپیما، از جمله سیستم‌های ستاره راهنما • برداشت انرژی خورشیدی • فوتوشیمی و فوتوبیولوژی • حسگرهای جدید مبتنی بر پلاسمون و دستگاه‌های آزمایشگاهی روی تراشه • تصویربرداری تک مولکولی • میکروسکوپ با وضوح فوق العاده • تصویربرداری چندوجهی و چند مقیاسی • تصویربرداری فراطیفی • تصویربرداری مزوسکوپی • تصویربرداری مبتنی بر اپتیک تطبیقی • سیستم‌های تصویربرداری جدید، الگوریتم‌های بازسازی و پردازش

فن آوری های فوتونیک برای پیشرفت در کاربردهای چشمی

پیشرفت‌ها در فن‌آوری‌های نوری، لیزر و تجسم به کمک قابل توجهی در بهبود سلامت بینایی جهانی و مراقبت از چشم ادامه می‌دهند. برای مثال، توسعه و پذیرش گسترده‌تر فناوری OCT در دهه گذشته، روش ارائه مراقبت‌های چشمی برای طیف وسیعی از آسیب‌شناسی‌های چشمی از جمله AMD، گلوکوم، رتینوپاتی دیابتی و غیره را متحول کرده است. نتایج بالینی در روش های مختلف جراحی با این حال، چالش های زیادی در زمینه چشم پزشکی وجود دارد و بسیاری از پیشرفت های جالب در حال انجام است که می تواند این مشکلات را برطرف کند. بررسی موضعی برخی از این حوزه‌های فن‌آوری هیجان‌انگیز از جمله، تصویربرداری ساختاری و عملکردی در سطح سلولی شبکیه، تصویربرداری چشمی برای تشخیص زودهنگام بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی، شبکیه مصنوعی، برنامه‌ریزی و درمان‌های جراحی پیشرفته و کاربردهای مبتنی بر یادگیری ماشین را پوشش می‌دهد.

آینده فناوری فوتونیک و کاربردهای آن

فناوری فوتونیک گسترده است. فوتونیک چندین کاربرد را ممکن می سازد، از جمله فیبرهای نوری که اطلاعات را از طریق اینترنت منتقل می کنند، صفحه نمایش گوشی های هوشمند و ابزارهای رایانه ای، افزایش دقت تولید، قابلیت های نظامی بهتر، و ابزارهای تشخیص پزشکی بی شماری.

در چند دهه آینده، فرصت هایی که فوتونیک فراهم می کند، این پتانسیل را دارد که تأثیر اجتماعی بسیار بیشتری داشته باشد. فوتونیک در قلب برخی از رقابتی ترین و پرمخاطب ترین بازارهای تاریخ، با صنعت 14.5 میلیارد پوندی خواهد بود.

فیبر نوری با لیزر

لیزرها تا سال 2035 در تمام ارتباطات بین ماهواره‌ای برای ماهواره‌های مدار پایین مورد استفاده قرار خواهند گرفت و سریع‌ترین اتصال را حتی به دورترین نقاط  فراهم می‌کنند.

خطوط نوری برای ارتباطات ماهواره‌ای به زمین برای رفع نیاز روزافزون به پهنای باند مستقل از مکان، عادی خواهد شد.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نور تک طول موج است، برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری ایده آل است. نور منتشر شده توسط یک لامپ یا خورشید ترکیبی از چندین طول موج مجزا است. از آنجایی که امواج نور در چنین پرتوی خارج از فاز هستند، پرتو قوی خاصی تشکیل نمی دهد.

از طرف دیگر پرتوهای لیزر دارای یک طول موج هستند و تمام امواج آنها در فاز هستند و در نتیجه نور بسیار شدیدی تولید می کنند. طول موج یک فیبر نوری بر سرعت عبور نور از آن تأثیر می گذارد. از آنجایی که نور معمولی دارای طول موج‌های متنوعی است، تفاوت‌هایی در سرعت انتقال ایجاد می‌شود و تعداد پیام‌هایی را که ممکن است در مدت زمان معینی منتقل شوند، محدود می‌کند.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نوری تک طول موج با فاز ثابت است، نور لیزر به آرامی با پراکندگی بسیار کم حرکت می کند و برای ارتباطات از راه دور بسیار عالی است.

نسل بعدی شبکه نوری پرسرعت

لیزرها ممکن است بتوانند نیازهای نسل بعدی شبکه های نوری پرسرعت را برطرف کنند. آنها به دلیل هزینه ارزان، قابلیت تنظیم گسترده، مصرف انرژی کم و پاسخ طیف عالی، منابع انتقال عالی هستند.

نورهای لیزری به طور گسترده ای به عنوان منابع نور انتقال داده با سرعت بالا در ارتباطات فیبر نوری استفاده می شود. آنها اندازه کوچکی دارند، ادغام آسان و قدرت خروجی بالایی دارند. انتشار تحریک شده انتشار منسجمی را در آن لیزرها ایجاد می کند و تزریق الکتریکی در ناحیه فعال نیمه هادی حاصل می شود.

از آنجایی که این لیزرهای دایود کوچک هستند، می‌توان آن‌ها را با استفاده از تکنیک‌های ساخت به خوبی تولید کرد. لیزرهای نیمه هادی در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری بسیار کارآمد هستند.

مزایای اقتصادی شناسایی و برچسب گذاری نوری

انتظار می رود دیجیتالی شدن تولید 455 میلیارد پوند منفعت اقتصادی و 4.5 درصد کاهش در انتشار CO2 داشته باشد. یک سوم از 11 میلیارد پوند بازار لیزر در سراسر جهان برای پردازش مواد استفاده می شود.

با این حال، پذیرش صنعت در  کم است، به ویژه در خارج از تولید کنندگان برتر. تا سال 2035، اصلاح این امر باعث ایجاد 8 میلیارد پوند در مجموع درآمد سالانه تولید لیزر می شود

پردازش تصویر لیزری و بینایی کامپیوتری برای حمایت از تولید موتورهای الکتریکی و باتری رقابتی در بریتانیا، از جمله نوآوری مورد نیاز برای انطباق با انواع وسیعی از مواد، حیاتی خواهد بود.

برای مثال، فوتونیک فقط در کشاورزی شروع شده است. دستگاه‌های شیردوشی مبتنی بر لیزر، که اختراع شده‌اند، در حال افزایش در بازار هستند و تولید لبنیات و رفاه حیوانات را افزایش می‌دهند. تا سال 2035، فوتونیک زراعت را دیجیتالی می کند و انقلابی در تولید مواد غذایی ایجاد می کند.

اقتصاد دایره ای

کل ارزش بالقوه اقتصاد دایره ای بسیار فراتر از بازیافت مواد یا بازگرداندن آنها است. این ارزش در استفاده مجدد، تعمیر، نوسازی و ساخت مجدد قطعات و محصولات گنجانده شده است. بنابراین، تقویت این تنظیمات و مهارت‌های معکوس به همان اندازه ضروری است.

شبکه‌های تامین‌کننده ورودی پیچیده و چندلایه توسط مشاغل تسلط یافته است. در بازار فوتونیک، به منظور استفاده از پتانسیل، ارزش و امنیت عرضه در ، شرکت‌ها باید به منظور برآورده کردن تقاضا از بازارهای چند میلیارد پوندی، امکان افزایش مقیاس را در سراسر جهان فراهم کنند. اکنون به همان سطح مهارت برای سازماندهی جریان‌های ارزش پس از استفاده در بسیاری از شرکای چرخه معکوس نیاز است.

بیش از 50 درصد از قیمت های نوبل مربوط به فوتونیک است

برای پیشبرد دانش بشری، تحقیقات بنیادی در مقیاس بزرگ از فوتونیک مانند تلسکوپ، شتاب دهنده ذرات و لیزرهای پرقدرت با پمپاژ نوری استفاده می کنند. در 25 سال گذشته، 50 درصد از تمام جوایز نوبل در فیزیک به اکتشافات فوتونیک مرتبط بوده و یا مستقیماً بر فوتونیک به عنوان یک روش اکتشافی تکیه کرده اند.

از رایانه‌های کوانتومی گرفته تا ارتباطات کوانتومی ایمن، قلمرو جدید هیجان‌انگیز فناوری‌های برهم‌نهی کوانتومی مستقیماً مبتنی بر فوتونیک است یا برای کار کردن به فوتونیک نیاز دارد.

 نیروگاه علمی فوتونیک با رشد بازار بالا

پیش‌بینی اینکه اکتشافات جدید چه، کجا و چه زمانی تولید می‌شوند سخت است، اما واضح است که در اکثر موارد از فوتونیک استفاده می‌شود.  از لیزرهای پرقدرت گرفته تا تلسکوپ‌ها، تک فوتون‌ها و میکروسکوپ‌های با وضوح فوق‌العاده.

تا سال 2035، داده های ارسالی بیش از 99.5 درصد از زمان سفر را به صورت نور منتقل خواهند کرد. در نتیجه، فوتونیک برای امنیت دیجیتال ما حیاتی است. نیاز به تقویت تخصص  در این زیرساخت مهم به وضوح درک شده است. نوآوری هایشامل تقویت کننده های نوری و فیبرهای نوری است.  ارتباطات کوانتومی ایمن در حال توسعه است.

دومین مدرسه بین‌المللی «لیزر و فوتونیک زیست پزشکی» از ۱۷ تا ۱۹ مهر برگزار می‌شود

دومین مدرسه بین‌المللی «لیزر و فوتونیک زیست پزشکی» به همت شبکه ملی تحقیقات لیزر پزشکی، مرکز تحقیقات لیزر در علوم پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی و مرکز تحقیقات لیزر پزشکی سازمان جهاد دانشگاهی علوم پزشکی تهران از تاریخ ۱۷ تا ۱۹ مهرماه به صورت مجازی برگزار می‌شود.

به گزارش روابط عمومی سازمان جهاد دانشگاهی علوم پزشکی تهران، «تصویربرداری نوری: اصول و کاربردها» به عنوان محور اصلی مدرسه لیزر و فوتونیک زیست پزشکی امسال، انتخاب شده است. این مدرسه با هدف آشنایی با تکنولوژی تصویربرداری نوری به عنوان روش غیرمخرب و ایمن برای کاربردهای زمینه‌های مختلف تحقیقاتی آزمایشگاهی، پیش بالینی و تخصصی مختلف پزشکی برگزار می‌شود.

سه استاد مطرح بین‌المللی در رشته‌های فیزیک و فیزیک‌پزشکی از کشورهای روسیه، ایتالیا و مجارستان با حضور در «لیزر و فوتونیک زیست پزشکی» به سخنرانی خواهند پرداخت. همچنین اساتید برجسته دانشگاه‌های داخل کشور مثل دانشگاه‌های علوم پزشکی تهران و شهید بهشتی، صنعتی شریف، امیرکبیر، شهید بهشتی، کمیته استاندارد اپتیک و فوتونیک، پژوهشگاه رویان و جهاد دانشگاهی علوم پزشکی تهران در این رویداد شرکت دارند.

دانشجویان و محققان پزشکی، علوم پایه پزشکی، فیزیک، فیزیک پزشکی و مهندسی پزشکی جامعه هدف » را تشکیل می‌دهند. البته همه علاقه‌مندان می‌توانند از طریق تماس با دبیرخانه این مدرسه به شماره ۲۲۷۱۸۰۲۱ برای شرکت در این رویداد علمی ثبت نام کنند.

کتاب زیست پزشکی ، طیف سنجی و میکروسکوپ

روش جدیدی برای ارزیابی تاثیر پیری و قرار گرفتن در معرض نور خورشید بر مورفولوژی پوست با استفاده از توموگرافی انسجام نوری

روش جدیدی برای ارزیابی تاثیر پیری و قرار گرفتن در معرض نور خورشید بر مورفولوژی پوست با استفاده از توموگرافی انسجام نوری

خلاصه

پیری درونی و بیرونی پوست انسان باعث تغییرات مورفولوژیکی قابل توجهی در سطح آن می شود. برجسته ترین و مهمترین ویژگی در لوازم آرایشی و پوست ، تغییر چین و چروک است. پارامترهای ناهمواری (Ra ، Rmax) که توسط DIN/ISO توصیف شده اند ، ساختار میکرو پوست را نادیده می گیرند. 

فوتونیک در پوست و جراحی پلاستیک

آنژیوگرافی توموگرافی انسجام نوری میکرون برای تشخیص سرطان پوست

خلاصه

توموگرافی انسجام نوری (OCT) یک روش تشخیصی غیر تهاجمی است که تجسم بی واسطه ای از معماری لایه ای پوست در شرایط in vivo را ارائه می دهد. سیستم OCT 1.7 میکرونی در قلب ، زنان و پوست استفاده شده است و عمق نفوذ را در مقایسه با OCT معمولی 1.3 میکرون نشان می دهد.