Cymwysiadau Laser Femtosecond mewn Meddygaeth

A Laser Femtosecondyn ddyfais cynhyrchu "golau pwls uwch-fyr" sy'n allyrru golau am gyfnod byr iawn o ddim ond tua triliwnfed o eiliad. Fei yw'r talfyriad o'r rhagddodiad femto yn y System Ryngwladol o Unedau, ac 1 femtosecond=1×10^{5}} eiliad. Mae'r golau pwls fel y'i gelwir yn allyrru golau am eiliad yn unig. Mae amser allyrru golau fflach camera tua 1 microsecond, felly dim ond tua un biliynfed o'i amser sydd gan y golau pwls ultra-byr femtosecond i allyrru golau. Fel y gwyddom oll, mae buanedd golau yn hedfan ar fuanedd digyffelyb o 300,000 cilomedr yr eiliad (gan gylchu'r ddaear saith gwaith a hanner mewn un eiliad). Fodd bynnag, mewn un femtosecond, mae'r golau yn symud ymlaen dim ond 0.3 micron.

Fel arfer, rydym yn defnyddio ffotograffiaeth fflach i ddal cyflwr sydyn gwrthrychau symudol. Yn yr un modd, os ydych chi'n defnyddio laser femtosecond i fflachio, mae'n bosibl gweld pob darn o adwaith cemegol sy'n digwydd ar gyflymder treisgar. I wneud hyn, gellir defnyddio laserau femtosecond i astudio dirgelion adweithiau cemegol.

Mae adweithiau cemegol cyffredinol yn symud ymlaen ar ôl pasio trwy gyflwr canolraddol gydag egni uchel, yr hyn a elwir yn "gyflwr wedi'i actifadu". Rhagfynegwyd bodolaeth y cyflwr actifedig yn ddamcaniaethol gan y cemegydd Arrhenius mor gynnar â 1889, ond oherwydd ei fod yn bodoli am eiliad fer iawn, ni ellid ei arsylwi'n uniongyrchol. Ond dangoswyd ei fodolaeth yn uniongyrchol ar ddiwedd y 1980au gan laserau femtosecond, enghraifft o ddefnyddio laserau femtosecond i nodi adweithiau cemegol. Er enghraifft, mae'r moleciwl cyclopentanone yn dadelfennu i mewn i garbon monocsid a 2 moleciwlau ethylene yn y cyflwr actifedig.

Y dyddiau hyn, defnyddir laserau femtosecond hefyd mewn ystod eang o feysydd megis ffiseg, cemeg, gwyddorau bywyd, meddygaeth a pheirianneg. Yn benodol, disgwylir i'r cyfuniad o olau ac electroneg agor posibiliadau newydd amrywiol ym meysydd cyfathrebu, cyfrifiaduron ac ynni. Mae hyn oherwydd bod dwyster y golau yn gallu trosglwyddo llawer iawn o wybodaeth o un lle i'r llall heb fawr ddim colled, gan wneud cyfathrebiadau optegol hyd yn oed yn gyflymach. Ym maes ffiseg niwclear, mae laserau femtosecond wedi cael effaith enfawr. Oherwydd bod gan olau pwls faes trydan cryf iawn, mae'n bosibl cyflymu electronau i gau at gyflymder golau o fewn 1 femtosecond, felly gellir ei ddefnyddio fel "cyflymydd" i gyflymu electronau.

Cais mewn Meddygaeth
Fel y crybwyllwyd uchod, yn y byd o fewn femtoseconds, mae hyd yn oed golau wedi'i rewi ac ni all symud yn bell iawn, ond hyd yn oed ar y raddfa amser hon, mae atomau a moleciwlau mewn mater ac electronau y tu mewn i sglodion cyfrifiadurol yn dal i symud o fewn y gylched. Os ydych chi'n defnyddio pwls femtosecond gallwch chi ei atal ar unwaith ac astudio beth sy'n digwydd. Yn ogystal â fflachio i atal amser, gall laserau femtosecond hefyd ddrilio microdyllau mewn metel â diamedr mor fach â 200 nanometr (dau ddeg deg milfed o filimedr). Mae hyn yn golygu bod y golau pwls uwch-fyr sy'n cael ei gywasgu a'i gloi y tu mewn mewn cyfnod byr o amser yn cyflawni effaith anhygoel allbwn uwch-uchel heb achosi niwed ychwanegol i'r amgylchoedd. Ar ben hynny, gall golau pwls laserau femtosecond ddal delweddau tri dimensiwn o wrthrychau yn fanwl iawn. Mae ffotograffiaeth delweddau stereosgopig yn ddefnyddiol iawn mewn diagnosis meddygol, gan agor maes ymchwil newydd o'r enw tomograffeg ymyrraeth optegol. Delwedd tri dimensiwn yw hon o feinwe byw a chelloedd byw wedi'u dal gan ddefnyddio laser femtosecond. Er enghraifft, mae pwls byr iawn o olau yn cael ei gyfeirio at y croen. Mae'r golau pwls yn cael ei adlewyrchu ar wyneb y croen, ac mae rhan o'r golau pwls yn cael ei ollwng i'r croen. Mae tu mewn y croen yn cynnwys llawer o haenau. Mae'r golau pwls sy'n mynd i mewn i'r croen yn cael ei bownsio'n ôl fel golau pwls bach. O adleisiau'r gwahanol oleuadau pwls hyn yn y golau adlewyrchiedig, gellir gwybod strwythur mewnol y croen.

Yn ogystal, mae gan y dechnoleg hon ymarferoldeb mawr mewn meddygaeth offthalmig, sy'n gallu dal delweddau tri dimensiwn o'r retina yn ddwfn yn y llygad. Mae hyn yn galluogi meddygon i wneud diagnosis o broblemau gyda'u meinweoedd. Nid yw'r math hwn o archwiliad yn gyfyngedig i'r llygaid. Os anfonir laser i mewn i'r corff gan ddefnyddio ffibr optegol, gall archwilio holl feinweoedd gwahanol organau yn y corff. Yn y dyfodol, efallai y bydd hyd yn oed yn bosibl canfod a yw wedi troi'n ganser.

Gwireddu clociau hynod fanwl gywir
Mae gwyddonwyr yn credu, os defnyddir golau gweladwy i wneud cloc laser femtosecond, bydd yn gallu mesur amser yn fwy manwl gywir na chloc atomig, a bydd yn gweithredu fel cloc mwyaf cywir y byd yn yr ychydig flynyddoedd nesaf. Os yw'r cloc yn gywir, mae hefyd yn gwella cywirdeb y GPS (System Lleoli Byd-eang) a ddefnyddir ar gyfer llywio ceir yn fawr.

Pam gall golau gweladwy wneud cloc cywir? Mae pob cloc ac oriawr yn anhepgor ar gyfer symud pendil a gerau. Trwy swing pendil gydag amlder dirgryniad manwl gywir, mae'r gerau'n cylchdroi am eiliadau, ac nid yw clociau cywir yn eithriad. Felly, i wneud cloc mwy cywir, mae angen defnyddio pendil gydag amlder dirgryniad uwch. Mae clociau cwarts (clociau sy'n defnyddio osciliad grisial yn lle pendil) yn fwy cywir na chlociau pendil oherwydd bod y cyseinydd cwarts yn pendilio mwy o weithiau'r eiliad.

Mae gan y cloc atomig cesiwm a ddefnyddir ar hyn o bryd fel y safon amser amledd osgiliad o tua 9.2 gigahertz (rhagddodiad yr uned ryngwladol gigahertz, 1 gigahertz=10^9). Mae'r cloc atomig yn defnyddio amledd oscillation naturiol atomau cesiwm ac yn disodli'r pendil gyda microdonau y mae eu hamledd osciliad yn gyson. Dim ond eiliad mewn degau o filiynau o flynyddoedd yw ei gywirdeb. Mewn cyferbyniad, mae gan olau gweladwy amledd osgiliad sydd 100,000 i 1,000,000 gwaith yn uwch nag amledd osgiliad microdon. Hynny yw, gellir defnyddio ynni golau gweladwy i greu clociau manwl gywir sydd filiynau o weithiau'n fwy cywir na chlociau atomig. Mae cloc mwyaf cywir y byd sy'n defnyddio golau gweladwy bellach wedi'i adeiladu'n llwyddiannus mewn labordy.

Gellir gwirio damcaniaeth perthnasedd Einstein gyda chymorth y cloc manwl gywir hwn. Fe wnaethom osod un cloc mor gywir yn y labordy a'r llall yn y swyddfa i lawr y grisiau, ac ystyried sefyllfaoedd posibl. Ar ôl awr neu ddwy, roedd y canlyniad fel y rhagwelwyd gan ddamcaniaeth perthnasedd Einstein. Oherwydd y ddau Mae yna "feysydd disgyrchiant" gwahanol rhwng y lloriau, felly nid yw'r ddau gloc bellach yn pwyntio at yr un amser, ac mae'r cloc i lawr y grisiau yn rhedeg yn arafach na'r cloc i fyny'r grisiau. Pe bai cloc mwy cywir yn cael ei ddefnyddio, efallai y byddai hyd yn oed yr oriorau a wisgir ar yr arddwrn a'r ffêr yn dweud amseroedd gwahanol y diwrnod hwnnw. Yn syml, gallwn brofi swyn perthnasedd gyda chymorth clociau cywir.

cyflymder golau arafu technoleg
Ym 1999, llwyddodd yr Athro Rainer Howe o Brifysgol Hubbard yn yr Unol Daleithiau i arafu golau i 17 metr yr eiliad, cyflymder y gall ceir ddal i fyny ag ef, ac yna arafu golau yn llwyddiannus i gyflymder y gall hyd yn oed beiciau ddal i fyny ag ef. Mae'r arbrawf hwn yn cynnwys yr ymchwil mwyaf blaengar mewn ffiseg. Dim ond dwy allwedd y mae'r erthygl hon yn eu cyflwyno i lwyddiant yr arbrawf. Un yw adeiladu "cwmwl" o atomau sodiwm tymheredd isel iawn yn agos at sero absoliwt (-273.15 gradd), cyflwr nwy arbennig o'r enw cyddwysiad Bose-Einstein. Mae'r llall yn laser sy'n addasu'r amlder dirgryniad (laser rheoli), ac yn ei ddefnyddio i oleuo cwmwl o atomau sodiwm, ac mae rhywbeth anhygoel yn digwydd.

Yn gyntaf, mae gwyddonwyr yn defnyddio laser rheoli i gywasgu'r golau pwls yn y cwmwl o atomau a'i arafu'n aruthrol. Yna maen nhw'n diffodd y laser rheoli ac mae'r golau pwls yn diflannu. Mae'r wybodaeth a gludir ar y golau pwls yn cael ei storio yn y cwmwl o atomau. . Yna caiff ei arbelydru â laser rheoledig, ac mae'r golau pwls yn cael ei adfer ac yn cerdded allan o'r cwmwl o atomau. O ganlyniad, mae'r pwls cywasgedig gwreiddiol yn cael ei ehangu eto ac mae'r cyflymder yn cael ei adfer. Mae'r broses gyfan o fewnbynnu gwybodaeth golau pwls i'r cwmwl atomig yn debyg iawn i ddarllen, storio ac ailosod mewn cyfrifiadur. Felly, gall y dechnoleg hon helpu i wireddu gwireddu cyfrifiaduron cwantwm.

O fyd "femtosecond" i "attosecond"

Mae femtoseconds y tu hwnt i'n dychymyg. Nawr rydym yn mentro i fyd yr attoseconds, sy'n fyrrach na ffemtoeiliadau. Ah yw'r talfyriad o'r rhagddodiad "atto" o'r System Ryngwladol o Unedau. 1 eiliad=1×10^-18 eiliad=un filfed o femtoeiliad. Ni ellir gwneud corbys attosecond â golau gweladwy oherwydd mae byrhau'r corbys yn gofyn am ddefnyddio golau tonfedd byrrach. Er enghraifft, os ydych chi am greu pwls gan ddefnyddio golau gweladwy coch, mae'n amhosibl creu pwls sy'n fyrrach na'r donfedd honno. Mae gan olau gweladwy derfyn o tua 2 femtoseconds, felly mae corbys attosecond yn defnyddio pelydrau-x neu belydrau gama gyda thonfeddi byrrach. Nid yw'n glir beth fydd yn cael ei ddarganfod yn y dyfodol gan ddefnyddio corbys pelydr-X attosecond. Er enghraifft, mae defnyddio fflachiau attosecond i ddelweddu biomoleciwlau yn ein galluogi i arsylwi ar eu gweithgareddau ar raddfa amser fer iawn ac efallai nodi adeiledd biomoleciwlau.

Gwybodaeth Cyswllt:

Os oes gennych unrhyw syniadau, mae croeso i chi siarad â ni. Ni waeth ble mae ein cwsmeriaid a beth yw ein gofynion, byddwn yn dilyn ein nod i ddarparu ein cwsmeriaid gyda safon uchel, prisiau isel, a'r gwasanaeth gorau.