สเปกโตรมิเตอร์ที่ตรวจจับ “ลายนิ้วมือ” ที่สั่นสะเทือนของโมเลกุลโดยตรง เป็นวิธีใหม่ที่ละเอียดอ่อนในการอนุมานองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในเยอรมนี ซาอุดีอาระเบีย และฮังการี สามารถตรวจจับการมีอยู่ของสารที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าที่สามารถทำได้ด้วยอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์เชิงพาณิชย์ที่ล้ำสมัย นอกจากนี้ยังสามารถวัดสเปกตรัมของตัวอย่างในน้ำ
ซึ่งไม่สามารถทำได้กับสเปกโตรเมตรีการดูดกลืนแสงแบบเดิม
เนื่องจากตัวน้ำเป็นตัวดูดซับแสงอินฟราเรดที่แรงมาก วิธีการใหม่นี้จึงน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานในด้านชีววิทยาและการวินิจฉัยทางการแพทย์เมื่อวัสดุถูกฉายรังสีด้วยแสงอินฟราเรด อะตอมและโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบจะดูดซับพลังงานที่ความถี่ซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีของวัสดุ ไม่กี่พิโควินาที (10 -12วินาที) ต่อมา พลังงานที่ดูดซับนี้จะสลายไปเป็นการสั่นสะเทือน อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีแบบธรรมดามุ่งเน้นไปที่ขั้นตอนการดูดกลืน โดยการวิเคราะห์แสงที่ส่งผ่านวัสดุ นักวิจัยสามารถกำหนดความถี่ที่ถูกดูดซับ และด้วยเหตุนี้สารเคมีชนิดใดที่มีอยู่ ข้อเสียคือโมเลกุลบางตัวดูดซับแสงอินฟราเรดได้ดีกว่าสารอื่นๆ และแม้แต่สารที่ดูดซับแรงมากก็อาจไม่ทำให้เกิดการตกที่ตรวจพบได้ในแสงที่ส่องผ่านหากมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
การสุ่มตัวอย่างด้วยแสงไฟฟ้าสเปกโตรมิเตอร์ใหม่หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดเหล่านี้โดยเน้นที่ขั้นตอนการกระจายแทน นักวิจัยนำโดย Ioachim Pupeza และ Marinus Huber จาก Ludwig Maximilians University (LMU) และ Max Planck Institute of Quantum Optics ในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี เริ่มต้นด้วยการฉายรังสีตัวอย่างด้วยชีพจรแสงอินฟราเรดที่สั้นเกิน เนื่องจากชีพจรกระตุ้นเริ่มต้นนี้ใช้เวลาเพียงไม่กี่ femtoseconds (10 -15s)
จะส่งพลังงานไปยังตัวอย่างภายในการสั่น
สองครั้งของสนามแสง หลังจากที่ชีพจรนี้ผ่านพ้นไปแล้ว แต่ที่สำคัญยิ่ง ก่อนที่โมเลกุลเป้าหมายจะหยุดสั่น นักวิจัยจะใช้พัลส์แสงอัลตร้าชอร์ตที่สองของแสง คราวนี้เป็นบริเวณใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัม ชีพจร “gating” นี้แยกส่วนของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลที่สั่นสะเทือนซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่าการสุ่มตัวอย่างด้วยไฟฟ้า – ออปติคัล จากนั้นนักวิจัยวิเคราะห์สัญญาณการสั่นเพื่อกำหนดลายนิ้วมือโมเลกุลของตัวอย่าง
ข้อได้เปรียบหลักของวิธีนี้ Pupeza อธิบายคือ มันแยกสัญญาณระดับโมเลกุลออกจากแหล่งกำเนิดรังสีพื้นหลังต่างๆ ซึ่งรวมถึงชีพจรกระตุ้นเริ่มต้น “ความจริงที่ว่าเราสามารถแกะสลักคลื่นในส่วนที่สั้นมากของเราได้หมายความว่าเราสามารถยกเว้นการกระตุ้นและดูเฉพาะการตอบสนองของโมเลกุลเท่านั้น” เขากล่าวกับPhysics World Pupeza เสริมว่าเทคนิคนี้มีความสอดคล้องกัน ซึ่งหมายความว่ามีความไวต่อแสงที่อยู่ในเฟสของการกระตุ้นเท่านั้น ไม่ใช่การสั่นสะเทือนจากความร้อนแบบสุ่ม
หวีความถี่อินฟราเรดตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซนักวิจัยได้ทดสอบวิธีการของพวกเขาซึ่งเรียกว่าอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (FRS) ที่แก้ไขภาคสนามในตัวอย่างทางชีววิทยาหลายตัวอย่าง ในการวัดค่าซีรัมในเลือดของมนุษย์ ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงที่มีความเข้มข้นโมเลกุลเพียง 500 ng/mL ในระดับโมเลกุลของสารเคมีบางชนิด ซึ่งต่ำกว่าที่สามารถทำได้ด้วยอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์เชิงพาณิชย์ถึง 40 เท่า นักวิจัยยังได้รับสเปกตรัมอินฟราเรดของเซลล์มนุษย์ที่มีชีวิตในสารแขวนลอยและใบวิลโลว์ที่ไม่บุบสลาย วัสดุทั้งสองจะวิเคราะห์ได้ยากด้วยการดูดซึมทางสเปกโตรสโคปีเนื่องจากดูดซับแสงที่ตกกระทบเกือบทั้งหมด
นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาใน
Natureหวังว่าจะขยาย FRS ในการทดลองในอนาคต “เราต้องการครอบคลุมพื้นที่ลายนิ้วมือโมเลกุลอินฟราเรดทั้งหมดเพื่อจับเรโซแนนซ์จากตัวอย่างที่ซับซ้อนให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้” Pupeza กล่าว ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการรวม FRS กับหวีความถี่ ซึ่งสามารถให้ความละเอียดสเปกตรัมที่เพียงพอในการวิเคราะห์วัสดุที่เป็นก๊าซ รวมทั้งของแข็งและของเหลว
ความแตกต่างของเทคนิค – เอกซเรย์อัลตราซาวนด์ – กล่าวถึงปัญหาของการทำซ้ำได้ แต่วิธีแก้ปัญหานั้นต้องเสียความสะดวก เนื่องจากเกี่ยวข้องกับส่วนหนึ่งของผู้ป่วยที่ถูกแช่ในถังเก็บน้ำ ปัญหาของการสัมผัสทางกายภาพในขณะเดียวกันนั้นได้รับการจัดการบางส่วนโดยการถ่ายภาพด้วยแสง ในวิธีนี้ คลื่นอัลตราซาวนด์จะถูกสร้างขึ้นภายในเนื้อเยื่อจากระยะไกลด้วยเลเซอร์ แต่สัญญาณที่สะท้อนกลับจะถูกตรวจจับโดยใช้ทรานสดิวเซอร์ทั่วไปบนผิวหนัง
LUS สามารถจัดการกับปัญหาเหล่านี้ได้พร้อม ๆ กันโดยการรวมวิธีการใหม่ในการสร้างโฟโตอะคูสติกกับอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์แบบออปติคัล ทำให้สามารถสร้างและวัดคลื่นอัลตราซาวนด์จากระยะไกลได้ การถ่ายภาพด้วยโฟโตอะคูสติกแบบธรรมดาไม่สามารถสร้างภาพได้ลึก เนื่องจากแสงถูกทำให้อ่อนลงอย่างมากในเนื้อเยื่อ แทนที่จะหาวิธีเพิ่มการเจาะของเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม ในแนวทางใหม่ของพวกเขา Zhang และเพื่อนร่วมงานได้เปลี่ยนจุดบกพร่องนี้เป็นคุณลักษณะ
“ที่จริงแล้วเราพึ่งพาการดูดกลืนแสงสูงเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดเสียงที่พื้นผิวเนื้อเยื่ออย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งหมายความว่าเราสามารถแปลงปริมาณแสงสูงสุดเป็นพลังงานเสียงได้ในขณะที่ยังคงความปลอดภัยของมนุษย์” Zhang อธิบาย “สิ่งนี้ช่วยให้เราถ่ายภาพได้ลึกกว่าโฟโตอะคูสติกทั่วไป เนื่องจากเราไม่ได้อาศัยแสงในการเคลื่อนผ่านเนื้อเยื่อ เฉพาะคลื่นเสียงแทน”
แผนผังอย่างง่ายของระบบอัลตราซาวนด์ด้วยเลเซอร์ ทีมงานพบว่าพวกเขาบรรลุความสมดุลในอุดมคติของการดูดกลืนแสง พลังเสียง และความปลอดภัยของผู้ป่วยโดยใช้พัลส์เลเซอร์ขนาดนาโนวินาทีกว้าง 2 มม. ที่ความยาวคลื่นใกล้ 1,500 นาโนเมตร การตั้งค่านี้ใกล้เคียงกับทรานสดิวเซอร์รูปดิสก์ที่อยู่ใต้พื้นผิวของเนื้อเยื่อ ทำให้เกิดลำแสงอัลตราซาวนด์ 60° ที่ 1.5 MHz – ไปทางปลายล่างของช่วงความถี่ที่มักใช้สำหรับการถ่ายภาพอัลตราซาวนด์
Credit : eltinterocolectivo.com europeancrafts.net eyeblinkentertainment.com fitflopclearancesale.net fullmoviewatchonline.net girlsonthewallmovie.com gp32europe.com halowarscentral.com hatterkepekingyen.info hopendream.net
