Language
Country/Area
No result found
Hành trình bí mật của ánh sáng: Tại sao quang học khuếch tán theo miền thời gian có thể tiết lộ những bí ẩn sâu xa của các mô sinh học?
Trong cộng đồng khoa học, việc khám phá những bí ẩn của sự sống luôn là một trong những thách thức lớn nhất đối với các nhà khoa học. Với sự ra đời của quang học khuếch tán miền thời gian, hướng đi của lĩnh vực này đã thay đổi. Công nghệ này không chỉ giúp chúng ta hiểu được cấu trúc của các mô sinh học mà còn là công cụ quan trọng cho chẩn đoán y khoa trong tương lai. Bài viết này sẽ tìm hiểu các nguyên lý, dụng cụ và thiết bị của công nghệ này cũng như ứng dụng của nó trong y sinh học.
Nguyên lý của quang học khuếch tán miền thời gian
Quang học khuếch tán theo miền thời gian, còn được gọi là quang phổ cận hồng ngoại chức năng phân giải thời gian, là một kỹ thuật tập trung vào sự lan truyền ánh sáng trong môi trường khuếch tán. Bằng cách phát ra các xung ánh sáng hẹp, các xung ánh sáng này sẽ bị phân tán và hấp thụ nhiều lần sau khi đi vào mô sinh học. Thời gian đến của các photon được phát hiện có thể được ghi lại và chuyển đổi thành biểu đồ phân bố thời gian bay của photon, cho thấy hành vi của ánh sáng trong mô.
Công nghệ này sẽ phân tách các đặc điểm mô sinh học khác nhau và có thể trích xuất độc lập các tác động của sự hấp thụ và tán xạ.
Trong môi trường khuếch tán, hiện tượng chính ảnh hưởng đến chuyển động của photon bao gồm sự hấp thụ và tán xạ. Sự hấp thụ là do sự hiện diện của nhiều sắc tố khác nhau trong mô sinh học, trong khi sự phân tán là do sự khác biệt về cấu trúc trong môi trường. Hai yếu tố này cùng nhau xác định thời gian và cường độ của các photon đến máy dò. Do đó, bằng cách phân tích phân bố thời gian bay, có thể thu được nồng độ của các thành phần khác nhau trong mô, chẳng hạn như trạng thái oxy hóa và khử oxy của hemoglobin.
Thành phần của dụng cụ và thiết bị
Các thiết bị quang học khuếch tán miền thời gian chủ yếu bao gồm ba bộ phận chính: nguồn laser xung, máy dò photon đơn và thiết bị điện tử thời gian. Hiệu suất của các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và độ nhạy của toàn bộ hệ thống.
Nguồn laser xung
Nguồn laser xung được sử dụng trong quang học khuếch tán miền thời gian yêu cầu một số đặc điểm nhất định. Bước sóng phát xạ của nó phải nằm trong khoảng từ 650 đến 1350 nanomet và lý tưởng nhất là có một nửa chiều rộng hẹp. Ngoài ra, nguồn laser cần có tốc độ lặp lại cao và công suất laser đủ để đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt. Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại laser lithium-chromium-sapphire có thể điều chỉnh trước đây đã dần được thay thế bằng laser sợi quang xung.
Máy dò photon đơn
Các máy dò phù hợp với quang học khuếch tán theo miền thời gian không chỉ yêu cầu hiệu suất cao và diện tích hiệu dụng lớn mà còn phải có phản ứng thời gian tốt và nền nhiễu thấp. Các ống nhân quang điện truyền thống không còn là lựa chọn duy nhất nữa. Sự xuất hiện của các điốt thác đơn photon và bộ nhân quang điện silicon (SiPM) đã cung cấp nhiều lựa chọn hơn trong lĩnh vực này.
Thời gian điện tử
Mục tiêu của chronotronics là tái tạo biểu đồ thời gian bay của photon mà không mất mát dữ liệu. Sử dụng phương pháp đếm photon đơn theo thời gian, một quá trình liên quan đến việc đánh dấu thời gian đến của các photon, dữ liệu được thu thập để tạo ra biểu đồ. Các hệ thống điện tử hiện tại chủ yếu dựa vào sự kết hợp giữa bộ chuyển đổi thời gian sang số (TDC) hoặc bộ chuyển đổi thời gian sang tương tự (TAC) và bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC).
Giá trị trong ứng dụng y sinh
Quang học khuếch tán theo miền thời gian có tiềm năng ứng dụng lớn trong y sinh học. Nó có thể theo dõi liên tục và không xâm lấn các đặc tính quang học của mô, trở thành một công cụ quan trọng để chẩn đoán lâu dài. Công nghệ này đã được ứng dụng thành công trong việc theo dõi não, chụp nhũ ảnh quang học và theo dõi cơ, cho thấy tiềm năng chẩn đoán lâm sàng của nó.
Khi cộng đồng học thuật tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ này, chúng ta sẽ có thể khám phá thêm nhiều bí ẩn sâu xa của mô sinh học trong tương lai.
Hành trình bí mật của ánh sáng tiếp tục mở rộng ranh giới của y học thông qua sự kết hợp giữa công nghệ và khoa học. Nhìn về tương lai, chúng ta không khỏi tự hỏi, công nghệ này sẽ thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về cuộc sống như thế nào?
