211service.com
Nye lasere peer ind i celler
Ingeniører fra Harvard University har bygget en laser, der kunne give forskere mulighed for at kigge ind i celler med ultrahøj opløsning og se cellulære begivenheder, mens de sker. Ved at tilføje nano-antenner til infrarøde lasere har forskerne gjort det muligt at fokusere lyset meget tættere. Faktisk kunne laserne føre til billeddannelse med mindst 100 gange større opløsning.
Lyspunkt: Disse to guldbarrer på en kvante-kaskadelaser er hver 1,2 mikrometer lange. Stængerne fungerer som antenner, der fokuserer mellem-infrarødt lys til en pletstørrelse svarende til afstanden mellem dem, 100 nanometer.
Indtil nu har opløsningen af de mikroskoper, der bruges til at se på den kemiske sammensætning af væv, været begrænset af en fysisk egenskab ved lys kaldet diffraktionsgrænsen. Ved at bruge traditionelle linser kan lys kun fokuseres til en stråle så bred som halvdelen af dens bølgelængde; hvis et mikroskop bruger mellem-infrarødt lys med en bølgelængde på 24 mikrometer, kan det kun fokuseres på en plet, der er 12 mikrometer bred. I betragtning af størrelsen af dyreceller (10 mikrometer), bakterier (1 mikrometer) og vira (tivis af nanometer), er dette alt for stort.
Sidste år var Harvard-forskerne de første til at udvikle et praktisk system til at overvinde diffraktionsgrænsen. Federico Capasso og Kenneth Crozier anvendte teknikken til de lasere, der bruges til at læse og skrive diske i personlige computere. Dette arbejde kan føre til meget tætte DVD-lignende lagerdiske, der rummer hundredvis af film. (Se TR10: Et nyt fokus for lys.) Nu har Harvard-forskerne vendt sig mod en anden slags instrument, kaldet en kvante-kaskadelaser, og et nyt felt, biologisk billeddannelse.
Kvante-kaskadelasere blev udviklet af Capasso og andre hos Bell Labs i 1994. Disse lasere er kompakte og robuste og kan bygges til at udsende lys ved enhver bølgelængde i hele det spektrum af spektret, der kaldes det mid-infrarøde. Lige fra 3 til 24 mikrometer er dette lys nyttigt til at identificere forskellige kemikalier, fordi melleminfrarødt lys får molekyler til at resonere ved identificerbare frekvenser. Kvante-kaskadelasere bruges til at registrere små mængder gasser, især forurenende stoffer, i niveauer så lave som en del pr.
Crozier og Capasso skabte et skarpere fokus for allerede eksisterende kvante-kaskadelasere ved at skære to små guldbarrer, hvor lyset udsendes. De lægger et tyndt lag guld, skærer det så væk for at efterlade to rektangulære antenner, hver omkring en mikrometer på tværs. Når laseren udsender lys, dannes der et intenst elektrisk felt i mellemrummet mellem guldantennerne, der koncentrerer lyset til en stråle med samme bredde som mellemrummet, omkring 100 nanometer. Et mikroskop, der bruger en sådan laser, ville også have en opløsning på omkring 100 nanometer.
En applikation, hvor kvante-kaskadelasere i øjeblikket endnu ikke bruges, er højopløsningsbilleddannelse, siger Claire Gmachl , en elektrisk ingeniør ved Princeton University, der var involveret i udviklingen af kvante-kaskade lasere på Bell Labs. Gmachl siger, at teknikken viser mest lovende for biologisk billeddannelse på celleniveau. Mikroskoper, der bruger de nye lasere, skulle for eksempel kunne detektere ændringer i individuelle proteiner på cellernes overflade.
Ved at bruge de optiske antenner, siger Crozier, er spotstørrelsen af laserlys kun begrænset af afstanden mellem guldstængerne. Efterhånden som nanofabrikationsteknikker forbedres, burde det være muligt at lave optiske mikroskoper med endnu højere opløsning.