Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили уникальный физический эффект: при достижении критической мощности хаотичный лазерный свет в оптоволокне самоорганизуется в сверхтонкий «иглуобразный» луч. Эта технология позволяет проводить 3D-визуализацию живых тканей, включая клетки головного мозга, в 25 раз быстрее существующих аналогов, сообщает Nature Methods.
Открытие произошло случайно в ходе экспериментов по изучению предельных нагрузок на многомодовое оптическое волокно. Физики обнаружили парадоксальное явление: вместо ожидаемого рассеивания света при подаче сверхвысокой мощности луч внезапно сгущается, приобретая исключительную фокусировку и стабильность. По словам авторов работы, этот эффект возникает благодаря нелинейному взаимодействию света со стеклом волокна, которое компенсирует внутренний беспорядок системы.
Для создания такого «самоорганизующегося лазера» ученым потребовалось соблюдение двух точных условий: ввод луча в волокно под идеальным нулевым углом и повышение мощности до критической отметки. Полученный в результате «карандашный луч» (pencil beam) лишен оптических искажений, характерных для стандартных методов, и обладает огромной глубиной резкости при высоком разрешении.
Практическое применение технологии было продемонстрировано на модели гематоэнцефалического барьера человека. Ученым удалось в реальном времени зафиксировать процесс поглощения лекарственных препаратов клетками мозга.
«Впервые мы можем визуализировать проникновение лекарств в мозг и определять скорость их поглощения клетками без использования флуоресцентных меток», — отмечает профессор Роджер Камм, подчеркивая значимость открытия для борьбы с болезнями Альцгеймера и БАС.
Новый метод решает давнюю дилемму микроскопии, позволяя сохранять высокую четкость изображения на большой глубине без потери скорости сканирования. В ближайших планах команды MIT — детальное изучение физики процесса и коммерциализация технологии для нужд фармацевтики и нейробиологии.
Источник: Nature Methods
#наука #МТИ #лазер #медицина #биотехнологии #физика