Podglądanie komórek
Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda skonstruowali laser, który pozwala na zajrzenie do wnętrza komórki i obserwowanie na żywo zachodzących tam procesów. Dzięki dodaniu nanoanteny do lasera działającego w paśmie podczerwieni stworzono urządzenie zdolne do przekazania obrazu o 100-krotnie większej rozdzielczości niż dotychczas.
Do tej pory mikroskopy używane do obserwowania komponentów chemicznych wchodzących w skład komórek były ograniczone limitem dyfrakcyjnym. Jest to zjawisko fizyczne, które powoduje, że konwencjonalne soczewki mogą skupić światło do maksimum połowy długości jego fali. Mniejszych długości za ich pomocą nie można uzyskać.
To bardzo poważne ograniczenie. Jeśli bowiem używamy do obserwacji mikroskopowej światła podczerwonego o długości fali 24 mikrometrów, to może ono zostać skupione do punku o szerokości 12 mikrometrów. Tymczasem wielkość komórki zwierzęcej to 10 mikrometrów, bakterii – 1 mikrometr, a wirusa – dziesiąte części mikrometra. Tak więc 12 mikrometrów to zdecydowanie zbyt dużo.
Uczeni z Uniwersytetu Harvarda jako pierwsi pokonali limit refrakcyjny. Udało im się to w ubiegłym roku, gdy skonstruowali nanoantenę na potrzeby wyjątkowo gęstego zapisu danych na CD.
Pierwsza nanoantena składała się z dwóch pręcików pokrytych złotem, pomiędzy którymi jest 30-nanometrowa przerwa. Gdy światło lasera trafia na pręciki, na moment wytrąca ono elektrony złota. Skupiają się one przy jednym z pręcików. W ten sposób jeden z nich ma wartość ujemną, drugi dodatnią. Antena działa jak kondensator i skupia światło lasera do około 10 nanometrów. Później, po przejściu przez "kondensator" światło zaczyna się rozpraszać, jednak gdy dociera do powierzchni nośnika długość jego fali wynosi 40 nanometrów. Nanoantena użyta do obserwacji komórek jest zbudowana podobnie, jednak zapewnia rozdzielczość rzędu 100 nanometrów.
Naukowcy skojarzyli swoją antenę z kwantowym laserem kaskadowym i wykorzystali ją w mikrobiologii.
Tego typu lasery emitują światło w średnim zakresie podczerwieni (od 3 do 24 mikrometrów) i są używane do identyfikacji związków chemicznych, gdyż w średniej podczerwieni poszczególne molekuły odbijają właściwe sobie częstotliwości światła.
Dotychczas tego typu lasery nie były wykorzystywane w obrazowaniu o wysokiej rozdzielczości. Teraz mogą być wykorzystane do tego celu, a mikroskopy, w których zostaną zastosowane lasery kaskadowe, mogłyby np. wykrywać zmiany w pojedynczych białkach znajdujących się na powierzchni komórki.
Dzięki zastosowaniu nanoanteny możliwe będzie uzyskanie jeszcze lepszej rozdzielczości. Jest ona bowiem ograniczona rozmiarem przerwy pomiędzy oboma pręcikami. Wraz z rozwojem technik produkcyjnych odległość tę będzie można zmniejszać, zwiększając tym samym rozdzielczość mikroskopu.
Komentarze (15)
mikroos, 31 października 2007, 18:56
No nieźle, nieźle - czyżby nas czekała nowa fala odkryć? :>
dirtymesucker, 31 października 2007, 23:34
dojdźcie do 33 miejsca po przecinku części centymetra a ujrzycie maleńką wibrującą strunę
mikroos, 31 października 2007, 23:42
Obawiam się, że na tym poziomie wielkości odzywa się zasada Heisenberga i wiele się już nie zobaczy.
dirtymesucker, 31 października 2007, 23:48
zasada nieoznaczoności mówi że nigdy nie możemy określić jednoznacznie prędkości i położenia cząstki elementarnej także nie wiem co to ma do rzeczy
mikroos, 31 października 2007, 23:51
To ma do rzeczy, że nie jesteś w stanie sfotografować tak bardzo małego obiektu. Poza tym nie ustawisz przecież żadnej migawki na tak krótką chwilę, by sfotografować obiekt poruszający się z tak gigantyczną prędkością, jak ruchy cząstek elementarnych. Ponownie: tak krótki czas jest nie do zrealizowania ze względu na tę zasadę.
dirtymesucker, 1 listopada 2007, 00:05
w szczególności rozmiary niewidzialnych wyższych wymiarów są równe długości plancka co póki co pozostaje poza naszym zasięgiem
mikroos, 1 listopada 2007, 12:44
Więc sam widzisz.
dirtymesucker, 1 listopada 2007, 15:56
no tak ale istnieje np równanie ktore oblicza prawdopodobieństwo pojawienia sie danej cząstki w danym miejscu i z określona prędkościa (funkcja falowa schroedingera) a więc mówimy tu o niemozliwości z powodów 'energetyczno-technicznych'
mikroos, 1 listopada 2007, 17:02
Jak chcesz obliczać, to nie potrzebujesz obserwować. Za to jeśli chcesz obserwować, a wiesz, że z równania wynika, że to niemożliwe, to nie ma sensu konstruować takiego mikroskopu, bo i tak nie uzyskasz jednoznacznego obrazu. Proste.
Poza tym nie bardzo Ciebie rozumiem - najpierw napisałem, że nie da się sfotografować takiego obiektu, Ty miałeś obiekcje, a na koniec zasadniczo potwierdziłeś to, co napisałem. Zdecyduj się.
dirtymesucker, 1 listopada 2007, 23:10
niee, ja mówie że wykracza to poza technikę dnia dzisiejszego a ty że to jest niemozliwe (bo póki co niesprawdzalne rozumiem). z samych równań schroedingera można wyliczyć że na poziomie obecnych mozliwości superstruny są sumą istniejących jak i nieistniejących strun ponieważ to pomiar obserwacji stwierdza istnienie obiektu. ale jak to mawiał einstein: czy księżyc istnieje tylko dlatego że patrzy na niego mysz? teoria strun jest trudna ale miejmy nadzieję pewnego dnia uda nam sie ją ujarzmić
aha i jeszcze jedno: własnie że wszystko jest możliwe. nawet to że nagle przetunaluję na 2 strone Ziemi i da sie to obliczyć. jednak czas oczekiwania akurat na to zjawisko jest dłuższy od czasu zycia wszechswiata.
mikroos, 1 listopada 2007, 23:22
Tyle tylko, że strzelanie fotonami do strun byłoby jak strzelanie z armaty do muchy. Jak zmierzyć miarę odbicia obiektu tak "dużego" jak foton w obiekt tak mały, jak hipotetyczna struna? Przecież właśnie na tym od strony fizycznej polega pomiar: zbadać, w jaki sposób odbija się foton od kolejnych obiektów na swojej drodze. Pomyśl o tym od tej strony. Być może istnieje jakaś hipotetyczna porcja materii lub energii, która mogłaby tego dokonać - ale raczej nie "cały" foton i myslę, że nie mamy ciągle wyizolowanej cząstki na tyle małej, żeby tego dokonać.
dirtymesucker, 1 listopada 2007, 23:55
zgodnie z teorią strun gdybyśmy potrafili powiększyć w jakiś sposób cząstke punktową (która wcale nie jest sama w sobie elementarna) zobaczylibyśmy małą, wibrującą strunę. w rzeczywistości, zgodnie z tą teoria, materia jest niczym innym jak tylko harmoniami stworzonymi przez wibrujace struny. podobnie jak istnieje nieskończona liczba współbrzmień, które można zagrać np na skrzypcach, istnieje nieskończona liczba form materii, które można skonstruować z drgających strun, które mogą sie rozpadać na mniejsze struny albo zderzac ze soba tworząc dłuższe formy materii. w tym momencie mozna porównać wszechświat do jednej wielkiej symfonii. oczywiście że nie zbombardujesz jej niczym ponieważ jest około sto miliardów miliardów razy mniejsza od protonu i to własnie ona go tworzy. niemniej jednak mamy pełną teorię zarówno materio-energii jak i czasoprzestrzeni a niemozność jej 'zobaczenia' jest tylko problemem budowy mikroskopów. błogosławieni ci, kótrzy nie widzieli, a uwierzyli
mikroos, 2 listopada 2007, 00:02
Okej, okej - tylko dlaczego w takim razie sam mówiłeś o udoskonalaniu tego urządzenia w ten sposób, żeby dotrzeć do skali strun? Przecież to oczywiste, że mikroskop dowolnego rodzaju używa strumienia fotonów jako medium, które umożliwia zdobycie informacji.
dirtymesucker, 2 listopada 2007, 00:17
nie użyłem słowa 'urządzenie' tylko chciałem podkreślić fakt że daleko im do celu
mikroos, 2 listopada 2007, 01:02
Heh, po prostu wcześniej użyłeś stwierdzenia "problem budowy mikroskopów". No, ale nieważne, nie zrozumieliśmy się. Peace! ;>