لیزر و نانوذرات سد خونی – مغزی باز می‌کنند

اخبار تحقیقات اپتیک و فوتونیک

لیزر و نانوذرات سد خونی – مغزی باز می‌کنند

این تکنیک می‌تواند به ارائه درمان‌های پزشکی هدفمند در سراسر دروازه‌بان غیرقابل نفوذ مغز مغز کمک کند.

سد خونی مغزی (BBB) دروازه بان مغز است که مواد مغذی ضروری را وارد می کند و از مولکول های ناخواسته جلوگیری می کند. متأسفانه، ماهیت انتخابی BBB همچنین بسیاری از درمان‌های دارویی را کنار می‌گذارد - تخمین زده می‌شود 98 درصد از داروهای مولکولی کوچک نمی‌توانند وارد مغز شوند، که به شدت قدرت آنها را محدود می‌کند.

اکنون، محققان تکنیکی را توسعه داده‌اند که می‌تواند درهای BBB را باز کند تا دارو وارد شود. این روش از پالس‌های نور و نانوذرات طلا برای باز کردن دریچه‌های رگ‌های خونی در BBB، به نام اتصالات محکم، برای کسری از ثانیه استفاده می‌کند.

سنسورهای کوانتومی فعالیت مغز را با دقت دقیق اندازه گیری می کنند

بر اساس نتایج یک مطالعه دانشگاه ساسکس (انگلستان) می توان از حسگرهای کوانتومی برای نشان دادن نشانگرهای اولیه بیماری های مغزی در فضا و زمان استفاده کرد. محققان نشان دادند که حسگرهای کوانتومی، هنگامی که با مگنتوآنسفالوگرافی (MEG) استفاده می‌شوند، می‌توانند تغییرات در مغز، مانند کاهش سرعت فعالیت مغز را از نظر فضایی و زمانی ردیابی کنند.

به گفته محققان، در آینده، این حسگرها می توانند برای اسکن دوره ای بیماران برای بررسی تغییرات در فعالیت مغز استفاده شوند.

پروفسور پیتر کروگر، سرپرست آزمایشگاه سیستم‌ها و دستگاه‌های کوانتومی در دانشگاه ساسکس، گفت: «سنسورها حاوی گازی از اتم‌های روبیدیم هستند. پرتوهای نور لیزر به اتم ها می تابد، و زمانی که اتم ها تغییراتی را در یک میدان مغناطیسی تجربه می کنند، نور را به طور متفاوتی ساطع می کنند. نوسانات در نور ساطع شده تغییراتی را در فعالیت مغناطیسی در مغز نشان می دهد.

محققان در این کار از دو نوع حسگر استفاده کردند: مغناطیس‌سنج‌های پمپ شده نوری (OPM) و دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID). هر دو برای اندازه گیری پاسخ مغز مورد استفاده قرار گرفتند و هر دو حسگر با MEG، یک تکنیک غیرتهاجمی برای شناسایی و ثبت میدان های مغناطیسی مرتبط با فعالیت الکتریکی در مغز، جفت شدند.

این تیم با استفاده از OPM و SQUID برای اندازه‌گیری پاسخ‌های مغز به محرک‌های فلاش و معکوس الگو، سیگنال‌های بسیار تکرارپذیر را با هماهنگی بین شرکت‌کنندگان مختلف در آزمایش و محرک‌های بصری مختلف مشاهده کردند.

محققان گفتند که معمولاً MEG با آرایه SQUID برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی مغز استفاده می شود. با این حال، در حالی که هر دو حسگر در آزمایش‌ها عملکرد خوبی داشتند، محققان دریافتند که OPM-MEG در ردیابی سیگنال‌های مغز در فضا و زمان بهتر از SQUID-MEG است. آنها معتقدند که دلیل اصلی این امر این است که سنسورهای OPM را می توان نزدیکتر از SQUIDها به قشر بینایی قرار داد.

سپس محققان میدان‌های مغزی برانگیخته بصری را ثبت کردند تا نشان دهند که حسگرهای نزدیک‌تر می‌توانند برای بهبود وضوح زمانی مورد سوء استفاده قرار گیرند. وضوح زمانی OPM ها در مقایسه با SQUID ها بهبودی دو برابری را نشان داد.

آزمایش‌ها نشان داد که OPM-MEG می‌تواند سیگنال‌های عصبی فیزیولوژیکی با منشأ مشترک را در مکان‌های مختلف در زمان‌های مختلف ثبت کند. ضبط همزمان بردار میدان‌های مغزی برانگیخته بصری در قشر بینایی اولیه و انجمنی، جایی که محققان به طور مداوم یک تاخیر زمانی بین 10 تا 20 میلی‌ثانیه پیدا کردند، توانایی ردیابی سیگنال فضایی-زمانی را بهبود بخشید.

آکاترینی جیالوپسو، محقق، گفت: «ما برای اولین بار نشان دادیم که حسگرهای کوانتومی می‌توانند نتایج بسیار دقیقی از نظر مکان و زمان تولید کنند. در حالی که تیم‌های دیگر مزایایی را از نظر مکان‌یابی سیگنال‌ها در مغز نشان داده‌اند، این اولین باری است که حسگرهای کوانتومی از نظر زمان‌بندی سیگنال‌ها تا این اندازه دقیق هستند.

به گفته کروگر، فناوری کوانتومی چیزی است که حسگرها را بسیار دقیق می کند. او گفت: «سنسورهای کوانتومی در چند میلی ثانیه و در چند میلی متر دقیق هستند. حسگرهای بسیار دقیق می‌توانند به دانشمندان اجازه دهند سیگنال‌های مغز را به روش‌هایی ردیابی کنند که برای انواع دیگر حسگرها غیرقابل دسترس است.

به عنوان یک ابزار تحقیقاتی غیرتهاجمی، حسگر کوانتومی OPM-MEG می‌تواند اطلاعاتی در مورد سیگنال‌های انتشار، مکان‌یابی منبع، سرعت عصبی و مدارهای مغزی ارائه دهد. مزایای OPM-MEG می تواند در سطوح تحقیقاتی و بالینی مهم باشد - وضوح مکانی و زمانی بالای آن می تواند به دانشمندان اجازه دهد تا شبکه های عصبی را بهتر بررسی کنند. همچنین می تواند در جمعیت های بالینی در مراحل مختلف یک بیماری استفاده شود.

علاوه بر این، در بیماران با علائم شناختی خفیف، حسگرها می توانند برای نظارت بر پیشرفت بیماری در طول سال ها و ارزیابی پاسخ درمانی استفاده شوند. در مرحله پیش بالینی، حسگرها می توانند برای شناسایی نشانگرهای زیستی بالقوه برای افرادی که در معرض خطر ابتلا به بیماری مانند بیماری آلزایمر هستند، استفاده شود.

جیالوپسو گفت: "امید ما با این پیشرفت است که با کشف این عملکرد پیشرفته اسکنرهای مغز کوانتومی، دری به روی پیشرفت‌های بیشتری باز شود که می‌تواند انقلاب کوانتومی در علوم اعصاب ایجاد کند." این مهم به این دلیل است که اگرچه اسکنرها در مراحل ابتدایی خود هستند، اما پیامدهایی برای پیشرفت‌های آینده دارد که می‌تواند منجر به تشخیص زودهنگام حیاتی بیماری‌های مغزی مانند ALS، MS و حتی آلزایمر شود. این چیزی است که به ما به عنوان یک تیم انگیزه می دهد."

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

اپتیک در سال 2021

اپتیک در سال 2021

جالب ترین تحقیقات در زمینه اپتیک و فوتونیک

این شماره ویژه اخبار اپتیک و فوتونیک، تحقیقات هیجان انگیز اپتیکی که در سال گذشته ظهور کرده است را برجسته می کند.

کتاب پیشرانه لیزری با قدرت بالا

شرح گام به گام فرآیندهای فیزیکی درگیر در تولید نیروی محرکه لیزری را ارائه می دهد

طرح هایی از موتورهای تولید لیزر را ارائه می دهد که در هر دو حالت پیوسته و پالس تولید رانش کار می کنند.

ساختارهای یکپارچه وسایل نقلیه فضایی با پیشرانه لیزری را شرح می دهد

میکروسکوپ داخل حیاتی برای کاربردهای بالینی

تکنیک ها و کاربردهای OCT در انسان

اندومیکروسکوپی

FLIM برای کاربردهای بالینی

میکروسکوپ چندوجهی برای کاربردهای بالینی

میکروسکوپ رامان برای کاربردهای بالینی

میکروالاستوگرافی و بیومکانیک نوری

تکنیک ها و کاربردهای تصویربرداری از پوست

مفهومی جدید برای بهبود منابع نوری Supercontinuum

منابع نور طیفی یکی از ماژول‌های اصلی همه فناوری‌های نوری مدرن در حال رشد هستند. تقاضاهای بالا توسط برنامه های کاربردی مختلف در تشخیص پزشکی، علوم بنیادی و غربالگری محیطی با الزامات جداگانه از نظر محدوده طیفی و یکنواختی، شدت و پایداری تعیین می شود.

به عنوان مثال، توموگرافی انسجام نوری به یک طیف مسطح برای اطمینان از اسکن با وضوح بالا از شبکیه چشم انسان نیاز دارد. علاوه بر این، طیف‌سنجی دستی کاربرد میدانی راه‌حل‌های سبک وزن با عرضه انرژی محدود را ترجیح می‌دهد. با توجه به اینکه منابع ابرپیوسته مبتنی بر فیبر یک فناوری امیدوارکننده برای ایجاد نور پهن باند از یک لیزر است، بررسی دقیق و بهینه‌سازی این فرآیند تبدیل فرکانس غیرخطی با روش‌های غیر متعارف ضروری است.

دانشمندان موسسه فناوری فوتونیک لایب‌نیتس (لایب‌نیتس IPHT) در ینا، آلمان، به رهبری پروفسور مارکوس ا. منتشر شده در Light Advanced Manufacturing.

کلید کار آنها ترکیب دقیق نانو فیلم‌های رسوب‌شده در داخل الیاف ریزساختار است. فیلم های نانو را می توان از طریق کندوپاش از طریق یک کانال باز در فیبر به طور مستقیم روی هسته نوری اضافه کرد. نویسندگان ادعا می‌کنند: «داشتن آزادی در تنظیم دلخواه ضخامت لایه نانو در طول کل فیبر منجر به فیزیک جالبی می‌شود».

ثابت شده است که افزایش ضخامت گرادیان های نانو فیلم با کج کردن فیبر در محفظه رسوب گذاری مفید است. این گرادیان‌ها شرایط تبدیل فرکانس غیرخطی را در موقعیت‌های مختلف فیبر تغییر می‌دهند تا نوری در طول‌موج‌های مختلف ایجاد کنند و یک طیف خروجی وسیع و مسطح را پر کنند. این امکان ایجاد طیف وسیع و مسطح در انرژی ورودی کم را فراهم می کند.

نظر دانشمندان: "انرژی ورودی کم در ترکیب با اجتناب از شکافت سالیتون مرتبه بالاتر و بی ثباتی مدولاسیون، انسجام بالا و پایداری پالس به پالس عالی را تضمین می کند، که برای مثال، برای اندازه گیری فرکانس نوری مرتبط است." در بالای آن، پهنای باند به سمت مادون قرمز در مقایسه با الیاف تقویت شده با لایه نانویی با ضخامت ثابت افزایش یافته است. آن‌ها به وضوح توضیح می‌دهند: «این مانند رامان است که سالیتون در حال موج‌سواری است که روی موج تغییر پراکندگی به سمت طول‌موج‌های بلندتر موج می‌زند».

مفهوم کلی آنها از گنجاندن رزونانس‌های نوری متغیر طولی در موجبرها به فیبرها محدود نمی‌شود و می‌توان به طور انعطاف‌پذیری با طیف وسیعی از مواد با شاخص بالا مانند اکسیدهای فلزی، کالکوژنیدها و نیمه‌رساناها استفاده کرد. آنها می‌افزایند: «این چالش تولید منابع نوری جدید را از کشیدن الیاف دقیق به لایه‌های رسوب‌دهنده تغییر می‌دهد که به‌طور گسترده‌تر در سراسر جهان در دسترس است».

لیزرهای حالت جامد پیشرفته 2021

این موضوع ویژگی مشترک، پیشرفت‌های اخیر در جنبه‌های مواد و منابع لیزرهای حالت جامد را پوشش می‌دهد. دامنه ارسال‌های مرتبط با مواد شامل پیشرفت‌هایی در اپتیک، علم مواد، فیزیک ماده متراکم، و شیمی مربوط به توسعه، تعیین مشخصات و کاربرد مواد و اجزای جدید برای لیزر و فوتونیک است. اینها شامل کریستال‌ها، شیشه‌ها، و سرامیک‌ها و همچنین مواد کامپوزیت عملکردی شده، از الیاف و موجبرها تا ساختارهای مهندسی شده با ویژگی‌های نوری از پیش تعیین‌شده است. مواد مورد استفاده برای ساخت قطعات اصلی لیزر نیز بخش اصلی این موضوع خواهد بود. منابع تشعشعی منسجم و با درخشندگی بالا شامل لیزرها و همچنین دستگاه های پمپ و غیرخطی است. ارسال‌ها بر پیشرفت‌های علم و فناوری برای بهبود توان، کارایی، روشنایی، پایداری، پوشش طول موج، عرض پالس، هزینه، اثرات زیست‌محیطی یا سایر ویژگی‌های خاص برنامه تأکید دارند.

موضوعات مورد علاقه شامل، اما محدود به موارد زیر نیست:

مواد

کریستال و لیوان لیزری

سرامیک های شفاف و شیشه سرامیک

پیشرفت در رشد کریستال و ساخت شیشه و سرامیک

الیاف کریستال و شیشه، الیاف فعال و غیرفعال

مواد غیرخطی و فرآیندهای تبدیل فرکانس

جاذب های اشباع

رویکردها و مواد جدید برای لیزر - فوتونیک توپولوژیکی، پلاسمونیک، مواد دو بعدی برای لیزر

موجبرها و الگوبرداری لیزری

نیمه هادی ها برای لیزرها، LED ها و آشکارسازها

مواد برای روشنایی و نمایشگرهای لیزری

روش‌های مدل‌سازی و توصیف مواد، اجزاء، لیزر و خواص غیرخطی

پیشرفت در آینه ها، توری ها و سایر اجزای انتخابی

فناوری های پیشرفته پوشش از جمله ریزساختار سطح

مواد و اجزای لیزری با آستانه آسیب بالا

منابع

لیزرهای حجیم حالت جامد بر پایه کریستال، سرامیک و شیشه

لیزرهای فیبر و موجبر

منابع نوری مبتنی بر تبدیل فرکانس غیرخطی

لیزرهای پرتوان CW و پالسی در اشعه ماوراء بنفش، مرئی و IR

منابع لیزری THz، IR، مرئی، UV، XUV و اشعه ایکس

معماری های ترکیب پرتو لیزر و مقیاس بندی قدرت

لیزرهای پالس کوتاه

شانه های فرکانس و لیزرهای فرکانس پایدار

لیزرهای ریزتراشه، فشرده و یکپارچه

لیزرهای قابل تنظیم و با طول موج جدید

لیزرهای نیمه هادی

لیزر در کریستال های بی نظم و محیط های تصادفی

کنترل حالت فضایی در لیزرهای حالت جامد

معماری های لیزر حالت جامد ویژه برنامه

کاوش و تصویربرداری از برهمکنش های اسپین-مدار فوتونیک در نانوساختارها

روش‌های مختلفی برای کاوش و توصیف برهم‌کنش‌های اسپین-مدار فوتونیک (PSOIs) مورد بحث قرار گرفته‌اند. کارهای پایونیر و پیشرفت‌های اخیر در تشخیص اثر اسپین-هال نوری، اثر اسپین-هال کوانتومی نور، و حفاظت از چرخش به گرداب در هر دو میدان دور و نزدیک خلاصه شده است. مزایا و چالش‌های مربوطه آن‌ها تحلیل می‌شوند و چشم‌اندازی در مورد توسعه بالقوه توصیف PSOI ارائه می‌شود.

نوشتن مستقیم لیزری در جلد سیلیکون - چالش‌ها و فرصت‌ها

توسعه نوشتن مستقیم لیزری در حجم از سیلیکون، همانطور که برای مواد شفاف برای ربع قرن وجود دارد، چالش بزرگی برای مقابله با آن باقی مانده است.

محدودیت‌های فیزیکی برای تحریک سیلیکون حجیم با پالس‌های لیزری فوق‌کوتاه، راه‌حل‌های ابداع شده و کاربردهای نشان‌داده شده ارائه می‌کنند.