علم الفوتونات الحيوية

الموسوعة الحرة

يشير مصطلح "البيوفوتونيات " [ 1 ] إلى مزيج من علم الأحياء وعلم الفوتونيات ، حيث يُعنى علم الفوتونيات بتوليد الفوتونات ، وهي وحدات كمومية للضوء ، ومعالجتها، والكشف عنها . ويرتبط علم الفوتونيات بالإلكترونيات والفوتونات . وتلعب الفوتونات دورًا محوريًا في تقنيات المعلومات، مثل الألياف الضوئية، تمامًا كما تلعب الإلكترونات دورًا محوريًا في الإلكترونيات.

يمكن تعريف علم الفوتونات الحيوية بأنه "تطوير وتطبيق التقنيات البصرية، وخاصة التصوير، لدراسة الجزيئات والخلايا والأنسجة البيولوجية". [ 2 ] ومن أهم فوائد استخدام التقنيات البصرية التي تشكل علم الفوتونات الحيوية أنها تحافظ على سلامة الخلايا البيولوجية قيد الدراسة. [ 3 ] [ 4 ]

لذا، أصبح مصطلح "البيوفوتونيات" المصطلح العام المعتمد لجميع التقنيات التي تتعامل مع التفاعل بين المواد البيولوجية والفوتونات. ويشمل ذلك انبعاث الإشعاع، وكشفه، وامتصاصه، وانعكاسه، وتعديله، وتوليده من الجزيئات الحيوية، والخلايا، والأنسجة، والكائنات الحية، والمواد الحيوية. وتشمل مجالات التطبيق علوم الحياة ، والطب ، والزراعة ، والعلوم البيئية . وكما هو الحال في التمييز بين " الكهرباء " و" الإلكترونيات "، يمكن التمييز بين تطبيقات مثل العلاج والجراحة ، التي تستخدم الضوء بشكل أساسي لنقل الطاقة، وتطبيقات مثل التشخيص ، التي تستخدم الضوء لتحفيز المادة ونقل المعلومات إلى المستخدم. وفي معظم الحالات، يشير مصطلح "البيوفوتونيات " إلى النوع الأخير من التطبيقات.

التطبيقات

علم الفوتونات الحيوية هو مجال متعدد التخصصات يشمل التفاعل بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمواد البيولوجية بما في ذلك: الأنسجة والخلايا والهياكل دون الخلوية والجزيئات في الكائنات الحية. [ 5 ]

أدت الأبحاث الحديثة في مجال الفوتونيات الحيوية إلى ابتكار تطبيقات جديدة للتشخيص والعلاجات السريرية التي تشمل السوائل والخلايا والأنسجة. وتتيح هذه التطورات للعلماء والأطباء فرصًا لتشخيصات فائقة وغير جراحية للأوعية الدموية وتدفق الدم، بالإضافة إلى أدوات لتحسين فحص آفات الجلد. وإلى جانب أدوات التشخيص الجديدة، وفرت التطورات في أبحاث الفوتونيات الحيوية علاجات ضوئية حرارية وديناميكية ضوئية وعلاجات للأنسجة. [ 6 ]

التشخيص القائم على رامان و FT-IR

يمكن تطبيق مطيافية رامان ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) بطرق عديدة لتحسين التشخيص. [ 7 ] [ 8 ] على سبيل المثال:

  1. تحديد العدوى البكتيرية والفطرية
  2. تقييم أورام الأنسجة في: الجلد ، الكبد ، العظام ، المثانة ، إلخ.
  3. تحديد مقاومة المضادات الحيوية

تطبيقات أخرى

طب الأمراض الجلدية

من خلال رصد التفاعلات العديدة والمعقدة بين الضوء والمواد البيولوجية، يقدم مجال الفوتونيات الحيوية مجموعة فريدة من تقنيات التشخيص التي يمكن للأطباء استخدامها. يوفر التصوير الفوتوني الحيوي لطب الأمراض الجلدية التقنية غير الجراحية الوحيدة المتاحة لتشخيص سرطانات الجلد. تتضمن إجراءات التشخيص التقليدية لسرطانات الجلد الفحص البصري والخزعة، لكن تقنية جديدة تعتمد على مطيافية التألق المحفز بالليزر تسمح لأطباء الجلد بمقارنة أطياف جلد المريض بأطياف معروفة بتوافقها مع الأنسجة الخبيثة. وهذا يوفر للأطباء تشخيصًا مبكرًا وخيارات علاجية. [ 5 ]

من بين التقنيات البصرية، تُعدّ تقنية التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) ، وهي تقنية تصوير حديثة تعتمد على المسح الليزري، أداةً فعّالة للتمييز بين أنسجة الجلد السليمة والخبيثة. تُتيح هذه التقنية الوصول الفوري إلى المعلومات، مما يُغني عن الحاجة إلى استئصال الجلد. [ 5 ] كما تُغني عن معالجة عينات الجلد في المختبر، الأمر الذي يُقلل من تكاليف العمالة ووقت المعالجة.

علاوة على ذلك، يمكن استخدام تقنيات التصوير البصري هذه أثناء العمليات الجراحية التقليدية لتحديد حدود الآفات، ما يضمن استئصال النسيج المريض بالكامل. ويتحقق ذلك بتعريض جسيمات نانوية مصبوغة بمادة فلورية لأشعة ضوئية مناسبة. [ 6 ] تتجمع الجسيمات النانوية المُعدّلة بأصباغ فلورية وبروتينات دالة في نوع النسيج المُختار. وعند تعريض هذه الجسيمات لأطوال موجية ضوئية تتوافق مع الصبغة الفلورية، يتوهج النسيج غير السليم. وهذا يُتيح للجراح المُعالج تحديد الحدود بين النسيج السليم والمريض بصريًا بسرعة، ما يُقلل وقت العملية الجراحية ويُحسّن من تعافي المريض. "باستخدام أجهزة المصفوفات الدقيقة الكهروكيميائية، تم عزل الجسيمات النانوية والعلامات الحيوية للحمض النووي بسرعة وتركيزها في مواقع مجهرية مُحددة، حيث تم الكشف عنها بسهولة بواسطة المجهر الفلوري". [ 5 ]

الملاقط الضوئية

الملاقط الضوئية (أو المصائد الضوئية) هي أدوات علمية تُستخدم لتحريك الجسيمات المجهرية مثل الذرات، والحمض النووي، والبكتيريا، والفيروسات، وأنواع أخرى من الجسيمات النانوية. تستخدم هذه الملاقط زخم الضوء لتطبيق قوى صغيرة على العينة. تتيح هذه التقنية تنظيم وفرز الخلايا، وتتبع حركة البكتيريا، ودراسة تغير بنية الخلية [ 9 ].

مشرط ليزري دقيق

تُعدّ المشارط الدقيقة الليزرية مزيجًا من المجهر الفلوري وليزر الفيمتو ثانية، "قادرة على اختراق الأنسجة حتى عمق 250 ميكرومترًا واستهداف الخلايا المفردة في الفضاء ثلاثي الأبعاد". [ 10 ] هذه التقنية، التي حصل باحثون في جامعة تكساس في أوستن على براءة اختراعها، تُمكّن الجراحين من استئصال الخلايا المريضة أو التالفة دون إزعاج أو إتلاف الخلايا السليمة المحيطة بها، وذلك في العمليات الجراحية الدقيقة التي تشمل مناطق حساسة كالعينين والأحبال الصوتية. [ 10 ]

المجهر الصوتي الضوئي (PAM)

المجهر الصوتي الضوئي (PAM) تقنية تصوير تستخدم كلاً من تقنية الليزر وتقنية الموجات فوق الصوتية. يتميز هذا الأسلوب التصويري المزدوج بقدرة فائقة على تصوير الأنسجة العميقة والأوعية الدموية مقارنةً بتقنيات التصوير السابقة. يوفر التحسن في الدقة صورًا عالية الجودة للأنسجة العميقة والأوعية الدموية، مما يسمح بالتمييز غير الجراحي بين الأنسجة السرطانية والأنسجة السليمة من خلال مراقبة مؤشرات مثل محتوى الماء، ومستوى تشبع الأكسجين، وتركيز الهيموجلوبين. [ 11 ] كما تمكن الباحثون من استخدام المجهر الصوتي الضوئي لتشخيص الانتباذ البطاني الرحمي في الفئران. [ 6 ]

يوضح مدى اختراق الضوء لجلد الإنسان

العلاج بالليزر منخفض المستوى (LLLT)

على الرغم من أن فعالية العلاج بالليزر منخفض المستوى (LLLT) لا تزال محل جدل، إلا أنه يمكن استخدام هذه التقنية لعلاج الجروح عن طريق ترميم الأنسجة ومنع موتها. ومع ذلك، تشير دراسات حديثة إلى أن العلاج بالليزر منخفض المستوى أكثر فائدة في الحد من الالتهاب وتسكين آلام المفاصل المزمنة. إضافةً إلى ذلك، يُعتقد أن هذا العلاج قد يكون مفيدًا في علاج إصابات الدماغ الشديدة أو الصدمات، والسكتة الدماغية، والأمراض العصبية التنكسية. [ 12 ]

العلاج الضوئي الديناميكي (PT)

يستخدم العلاج الضوئي الديناميكي مواد كيميائية محفزة لعملية التمثيل الضوئي والأكسجين لتحفيز استجابة الخلايا للضوء. ويمكن استخدامه للقضاء على الخلايا السرطانية، وعلاج حب الشباب، وتقليل الندبات. كما يمكن لهذا العلاج القضاء على البكتيريا والفيروسات والفطريات. توفر هذه التقنية علاجًا بآثار جانبية قليلة أو معدومة على المدى الطويل، وهي أقل توغلاً من الجراحة، ويمكن تكرارها بوتيرة أعلى من العلاج الإشعاعي. مع ذلك، يقتصر العلاج على الأسطح والأعضاء التي يمكن تعريضها للضوء، مما يستبعد علاجات سرطان الأنسجة العميقة. [ 13 ]

جسيمات نانوية محقونة في ورم لاستخدامها في العلاج الضوئي الحراري

العلاج الحراري الضوئي

تعتمد المعالجة الضوئية الحرارية في أغلب الأحيان على جسيمات نانوية مصنوعة من معدن نبيل لتحويل الضوء إلى حرارة. صُممت هذه الجسيمات النانوية لامتصاص الضوء في  نطاق 700-1000 نانومتر، حيث يكون جسم الإنسان شفافًا بصريًا . عندما تصطدم الجسيمات بالضوء، ترتفع درجة حرارتها، مما يؤدي إلى تعطيل أو تدمير الخلايا المحيطة بها عبر فرط الحرارة. ولأن الضوء المستخدم لا يتفاعل مع الأنسجة بشكل مباشر، فإن للمعالجة الضوئية الحرارية آثارًا جانبية قليلة على المدى الطويل، ويمكن استخدامها لعلاج أنواع السرطان العميقة في الجسم. [ 14 ]

تأكل

يُعرف نقل طاقة الرنين الفلوري، أو نقل طاقة رنين فورستر (FRET في الحالتين)، بأنه العملية التي ينتقل فيها جزيئان فلوريان مُثاران الطاقة من أحدهما إلى الآخر بطريقة غير إشعاعية (أي دون تبادل فوتون). وبفضل اختيار إثارة هذين الجزيئين الفلوريين بعناية ورصد الانبعاث، أصبح نقل طاقة الرنين الفلوري من أكثر التقنيات استخدامًا في مجال الفوتونيات الحيوية، مما يتيح للعلماء فرصة دراسة البيئات دون الخلوية.

التألق الحيوي

تصف ظاهرة التألق الحيوي امتصاص الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي، ثم انبعاث الفوتونات عند مستوى طاقة منخفض (حيث تعود الحالة المثارة S1 إلى الحالة الأرضية S0) بواسطة بروتينات متألقة ذاتيًا أو جزيئات متألقة اصطناعية مرتبطة تساهميًا بعلامة حيوية محددة. العلامات الحيوية هي جزيئات تدل على وجود مرض أو حالة مرضية، ويتم رصدها عادةً بشكل منهجي في الكائن الحي، أو باستخدام عينة نسيجية خارج الجسم الحي للفحص المجهري، أو في المختبر : في الدم، أو البول، أو العرق، أو اللعاب، أو السائل الخلالي، أو الخلط المائي، أو البلغم. يؤدي الضوء المحفز إلى إثارة إلكترون، مما يرفع طاقته إلى مستوى غير مستقر. هذا عدم الاستقرار غير مرغوب فيه، لذا يعود الإلكترون المُنشط إلى حالة مستقرة فورًا تقريبًا. يؤدي التأخير الزمني بين الإثارة وإعادة الانبعاث، الذي يحدث عند العودة إلى الحالة الأرضية المستقرة، إلى أن يكون لون الفوتون المعاد انبعاثه مختلفًا (أي أنه يسترخي إلى طاقة أقل، وبالتالي يكون طول موجة الفوتون المنبعث أقصر، وفقًا لعلاقة بلانك-أينشتاين) .هـ=حجλ{\displaystyle E={\frac {hc}{\lambda }}}تكون طاقة الإثارة الممتصة أعلى من طاقة الإثارة. ويتزامن هذا الاستقرار مع إطلاق الطاقة الزائدة على شكل ضوء فلوري. ولا يُلاحظ هذا الانبعاث الضوئي إلا أثناء استمرار ضوء الإثارة في تزويد الجزيء الفلوري بالفوتونات، وعادةً ما يُثار بضوء أزرق أو أخضر، فيُصدر ضوءًا بنفسجيًا أو أصفر أو برتقاليًا أو أخضر أو ​​سماويًا أو أحمر. ويُخلط غالبًا بين التألق الحيوي وأشكال الضوء الحيوي الأخرى: التلألؤ الحيوي والفسفرة الحيوية.

التلألؤ البيولوجي

يختلف التلألؤ البيولوجي عن التألق البيولوجي في كونه إنتاجًا طبيعيًا للضوء عن طريق التفاعلات الكيميائية داخل الكائن الحي، في حين أن التألق البيولوجي والتفسفر البيولوجي هما امتصاص وإعادة انبعاث الضوء من البيئة الطبيعية.

التفسفر الحيوي

تتشابه ظاهرة الفسفرة الحيوية مع ظاهرة التألق الحيوي في اعتمادها على الضوء بأطوال موجية محددة كمصدر لطاقة الإثارة. ويكمن الاختلاف هنا في الاستقرار النسبي للإلكترون المُنشَّط. فعلى عكس التألق الحيوي، يحتفظ الإلكترون هنا باستقراره في الحالة الثلاثية المحظورة (إلكترونات غير مزدوجة)، مع تأخير أطول في انبعاث الضوء، مما ينتج عنه استمرار توهجه في الظلام حتى بعد إزالة مصدر الضوء المُحفِّز بفترة طويلة.

التحلل الحيوي

الليزر الحيوي هو ليزر يُولّد ضوء الليزر بواسطة خلية حية أو من داخلها. يعتمد التصوير في مجال الفوتونيات الحيوية غالبًا على ضوء الليزر، ويُنظر إلى دمجه مع الأنظمة البيولوجية كطريقة واعدة لتحسين تقنيات الاستشعار والتصوير. تتطلب الليزرات الحيوية، كغيرها من الليزرات، ثلاثة مكونات: وسط تضخيم، وبنية تغذية راجعة بصرية، ومصدر ضخ. بالنسبة لوسط التضخيم، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من البروتينات الفلورية المنتجة طبيعيًا في بنى ليزرية مختلفة. [ 15 ] وقد تم إثبات إمكانية تغليف بنية التغذية الراجعة البصرية داخل الخلية باستخدام فجوات الخلية، [ 16 ] بالإضافة إلى استخدام أنظمة ليزر مغلقة بالكامل مثل الكريات المجهرية البوليمرية المُطعّمة بالصبغة، [ 17 ] أو ليزرات الأقراص النانوية لأشباه الموصلات. [ 18 ]

مصادر الإضاءة

تُعدّ مصادر الضوء الشعاعية هي الأكثر استخداماً . كما تلعب مصابيح LED والثنائيات فائقة الإضاءة دوراً هاماً. تتراوح الأطوال الموجية النموذجية المستخدمة في علم الفوتونات الحيوية بين 600  نانومتر (الضوء المرئي) و3000  نانومتر ( الأشعة تحت الحمراء القريبة ).

الليزر

تلعب أشعة الليزر دورًا متزايد الأهمية في مجال الفوتونيات الحيوية. فخصائصها الفريدة، مثل دقة اختيار الطول الموجي، وتغطية أوسع نطاق للأطوال الموجية، وأعلى قدرة على التركيز وبالتالي أفضل دقة طيفية، وكثافة طاقة عالية، ونطاق واسع من فترات الإثارة، تجعلها الأداة الضوئية الأكثر شمولية لمجموعة واسعة من التطبيقات. ونتيجة لذلك، تتوفر اليوم في السوق مجموعة متنوعة من تقنيات الليزر المختلفة من عدد كبير من الموردين.

ليزرات الغاز

أهم أنواع ليزرات الغاز المستخدمة في تطبيقات الفوتونيات الحيوية، وأهم أطوال موجاتها، هي:

- ليزر أيون الأرجون [ 19 ] : 457.8  نانومتر، 476.5  نانومتر، 488.0  نانومتر، 496.5  نانومتر، 501.7  نانومتر، 514.5  نانومتر (إمكانية التشغيل متعدد الخطوط)

- ليزر أيون الكريبتون : 350.7  نانومتر، 356.4  نانومتر، 476.2  نانومتر، 482.5  نانومتر، 520.6  نانومتر، 530.9  نانومتر، 568.2  نانومتر، 647.1  نانومتر، 676.4  نانومتر، 752.5  نانومتر، 799.3  نانومتر

- ليزر الهيليوم-نيون : 632.8  نانومتر (543.5  نانومتر، 594.1  نانومتر، 611.9  نانومتر)

- ليزرات الهيليوم والكادميوم : 325  نانومتر، 442  نانومتر

لا تحظى أنواع أخرى من ليزرات الغاز التجارية ، مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون ( CO2 ) وأول أكسيد الكربون والنيتروجين والأكسجين وأيونات الزينون والإكسيمر أو بخار المعادن، بأهمية تُذكر في مجال الفوتونيات الحيوية. وتتمثل الميزة الرئيسية لليزر الغازي في هذا المجال في طول موجته الثابت، وجودة شعاعه الممتازة، وعرض خطه الطيفي المنخفض/تماسكه العالي. كما يمكن تشغيل ليزر أيون الأرجون في وضع متعدد الخطوط. أما عيوبه الرئيسية فتتمثل في استهلاكه العالي للطاقة، وتوليده ضوضاء ميكانيكية نتيجة تبريده بالمروحة، ومحدودية قدراته الليزرية. ومن أبرز مورديه: Coherent وCVI/Melles Griot وJDSU وLasos وLTB وNewport/Spectra Physics.

ليزرات ثنائية

تعتمد أكثر ثنائيات الليزر المدمجة شيوعًا ، والتي تُستخدم في ليزرات الثنائيات  في مجال الفوتونيات الحيوية، إما على مادة أشباه الموصلات GaN أو GaAs. يغطي GaN طيفًا من الأطوال الموجية يتراوح بين 375 و488 نانومتر (وقد أُعلن مؤخرًا عن منتجات تجارية عند 515 نانومتر)، بينما يغطي GaAs طيفًا من الأطوال الموجية يبدأ من 635  نانومتر.

أكثر الأطوال الموجية استخدامًا من ليزرات الصمام الثنائي في علم الفوتونات الحيوية هي: 375، 405، 445، 473، 488، 515، 640، 643، 660، 675، 785  نانومتر.

تتوفر ثنائيات الليزر في 4 فئات:

- باعث ذو حافة واحدة / شريط عريض / منطقة واسعة

- باعث سطحي/VCSEL

- باعث الحافة / دليل الموجة ذو الحافة

- شبكة مثبتة (FDB، DBR، ECDL)

في تطبيقات الفوتونيات الحيوية، تُعدّ ثنائيات الليزر ذات الانبعاث الحافي/موجة الدليل الموجي الأكثر شيوعًا، وهي أحادية النمط المستعرض، ويمكن تحسينها للحصول على جودة شعاع TEM00 مثالية تقريبًا. نظرًا لصغر حجم الرنان، يمكن أن يكون التعديل الرقمي سريعًا جدًا (يصل إلى 500  ميجاهرتز). طول التماسك قصير (عادةً أقل من 1  مم)، وعرض الخط الطيفي النموذجي في نطاق النانومتر. تتراوح مستويات الطاقة النموذجية حول 100  ميلي واط (حسب الطول الموجي والمورد). من أبرز الموردين: Coherent ، وMelles Griot، وOmicron، وToptica ، وJDSU، وNewport ، وOxxius، وPower Technology. أما ليزرات الصمام الثنائي المُثبَّتة بالشبكة، فتتميز إما بشبكة مدمجة طباعيًا (DFB، DBR) أو بشبكة خارجية (ECDL). ونتيجةً لذلك، يرتفع طول التماسك إلى عدة أمتار، بينما ينخفض ​​عرض الخط الطيفي إلى أقل من البيكومتر (pm). التطبيقات البيوفوتونية التي تستفيد من هذه الخصائص هي مطيافية رامان (التي تتطلب عرض خط أقل من سم-1) واستشعار الغاز الطيفي.

ليزرات الحالة الصلبة

تُعرف ليزرات الحالة الصلبة بأنها ليزرات تعتمد على وسائط تضخيم صلبة، مثل البلورات أو الزجاج المُطعّم بأيونات المعادن الأرضية النادرة أو المعادن الانتقالية، أو ليزرات أشباه الموصلات. (مع أن ليزرات أشباه الموصلات تُعدّ أيضًا أجهزة صلبة، إلا أنها غالبًا لا تُدرج ضمن مصطلح ليزرات الحالة الصلبة). يمكن تصنيع ليزرات الحالة الصلبة المُطعّمة بالأيونات (والتي تُسمى أحيانًا ليزرات العوازل المُطعّمة) على شكل ليزرات ضخمة، أو ليزرات ألياف، أو أنواع أخرى من ليزرات الموجهات الموجية. تتراوح قدرة ليزرات الحالة الصلبة بين بضعة ميلي واط وعدة كيلو واط (في الإصدارات عالية القدرة).

ليزرات ألتراكروم

تتطلب العديد من التطبيقات المتقدمة في مجال الفوتونيات الحيوية ضوءًا قابلًا للتحديد بشكل فردي بأطوال موجية متعددة. ونتيجة لذلك، تم تقديم سلسلة من تقنيات الليزر الجديدة، والتي لا تزال بحاجة إلى صياغة دقيقة.

تُعرف هذه التقنية باسم ليزرات الطيف المتصل الفائق ، وهي ليزرات تُصدر ضوءًا مرئيًا عبر طيف واسع في آنٍ واحد. ثم يُرشّح هذا الضوء، على سبيل المثال، باستخدام مُعدِّلات صوتية بصرية (AOM، AOTF) إلى طول موجي واحد أو حتى ثمانية أطوال موجية مختلفة. كان الموردون الرئيسيون لهذه التقنية شركتي NKT Photonics وFianium. ومؤخرًا، استحوذت NKT Photonics على Fianium، [ 20 ] لتبقى بذلك المورد الرئيسي لتقنية الطيف المتصل الفائق في السوق.

في نهج آخر ( Toptica/iChrome )، يتم توليد الطيف المتصل الفائق في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ثم تحويله عند طول موجي واحد قابل للتحديد إلى نطاق الضوء المرئي. لا يتطلب هذا النهج مرشحات AOTF، ويتميز بنقاء طيفي خالٍ من التشويش الخلفي.

ونظرًا لأهمية كلا المفهومين في مجال علم الفوتونات الحيوية، غالبًا ما يتم استخدام المصطلح الشامل "الليزر فائق اللون".

مصادر المسح

صُممت مصادر المسح الضوئي لتغيير تردد الضوء المنبعث باستمرار مع مرور الوقت. وهي عادةً ما تدور بشكل متواصل ضمن نطاق ترددات محدد مسبقًا (مثل 800 ± 50  نانومتر). وقد تم إثبات فعالية مصادر المسح الضوئي في نطاق الترددات تيراهيرتز. ومن التطبيقات الشائعة لمصادر المسح الضوئي في مجال الفوتونيات الحيوية التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) .

مصادر الترددات تيراهيرتز

يُعدّ التحليل الطيفي الاهتزازي في نطاق ترددات التيراهيرتز (THz)، من 0.1 إلى 10 تيراهيرتز، تقنيةً سريعة التطور لتحديد بصمات الجزيئات والأنواع البيولوجية. ولأكثر من عشرين عامًا، تنبأت الدراسات النظرية بوجود رنينات متعددة في أطياف الامتصاص (أو النقل) للجزيئات البيولوجية في هذا النطاق. ويتفاعل إشعاع التيراهيرتز مع الاهتزازات الجزيئية الداخلية منخفضة التردد عن طريق إثارة هذه الاهتزازات.

مصادر الفوتون الواحد

تُعد مصادر الفوتون المفرد أنواعًا جديدة من مصادر الضوء تختلف عن مصادر الضوء المتماسكة (الليزر) ومصادر الضوء الحرارية (مثل المصابيح المتوهجة ومصابيح بخار الزئبق) التي تُصدر الضوء على شكل جسيمات مفردة أو فوتونات.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بوب، يورغن؛ توشين، فاليري؛ شيو، آرثر؛ هاينمان، ستيفان هـ. (محررون) (2011)، دليل علم الفوتونات الحيوية. المجلد 1: الأساسيات والتقنيات ، وايلي-في سي إتش فيرلاغ جي إم بي إتش وشركاه كي جي إيه إيه، ص  686، رقم ISBN 978-3-527-41047-7تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي بتاريخ 2020-06-05 ، وتمت معاينته بتاريخ 2020-06-05{{citation}}له |first4=اسم عام ( مساعدة )
  2. ↑ غودا، كيسوكي (2019). "الفيزياء الحيوية الضوئية وما بعدها" . مجلة APL Photonics . 4 (5): 050401. رمز Bibcode : 2019APLP....4e0401G . doi : 10.1063/1.5100614 . ISSN 2378-0967 . 
  3. ↑ "مركز بيوفوتونيكس في كلية كينجز لندن" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-01-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2012-09-27 .
  4. ↑ SPIE (2015). "محاضرة غابرييل بوبيسكو العامة: الربط بين البيولوجيا الجزيئية والخلوية والبصريات". SPIE Newsroom . doi : 10.1117/2.3201503.18 .
  5. 1 2 3 4 دريشوه، تانيا؛ غاتيفا، سانكا؛ داسكالوفا، ألبينا؛ سيرافيتينيدس، ألكسندروس، محرران. (2017-01-05). الفوتونيات الحيوية للتصوير ومعالجة الخلايا: إلى أين تتجه؟ المؤتمر الدولي التاسع عشر والمدرسة حول الإلكترونيات الكمية: فيزياء الليزر وتطبيقاتها. المجلد 10226. الجمعية الدولية للبصريات والفوتونيات. ص 1022613. doi : 10.1117/12.2263036 . S2CID 136053006 .   
  6. 1 2 3 كرافت، كريستوف (2016). "الاتجاهات الحديثة في علم الفوتونات الحيوية للتشخيص والعلاج السريري لتلبية الاحتياجات السريرية غير الملباة". مجلة علم الفوتونات الحيوية . 9 ( 11-12 ): 1362-1375 . doi : 10.1002/jbio.201600290 . PMID 27943650. S2CID 28680916 .  
  7. ↑ ب، لورنز؛ س، ويشمان؛ س، ستوكل؛ ب، روش؛ ج، بوب (مايو 2017). "دراسات طيفية رامانية للبكتيريا دون الحاجة إلى زراعة". اتجاهات في علم الأحياء الدقيقة . 25 (5): 413-424 . doi : 10.1016/j.tim.2017.01.002 . PMID 28188076 . 
  8. ↑S, Pahlow; K, Weber; J, Popp; Br, Wood; K, Kochan; A, Rüther; D, Perez-Guaita; P, Heraud; N, Stone (September 2018). "Application of Vibrational Spectroscopy and Imaging to Point-of-Care Medicine: A Review". Applied Spectroscopy. 72 (1_suppl): 52–84. Bibcode:2018ApSpe..72...52P. doi:10.1177/0003702818791939. PMC 6524782. PMID 30265133.
  9. ↑"Block lab - Optical tweezers". blocklab.stanford.edu. Retrieved 2017-12-05.
  10. 12"BioTechniques - NEWS: New laser microscalpel to target diseased cells". biotechniques.com. Archived from the original on 2017-12-06. Retrieved 2017-12-05.
  11. ↑Yao, Junjie; Wang, Lihong V. (2014-06-01). "Sensitivity of photoacoustic microscopy". Photoacoustics. 2 (2): 87–101. Bibcode:2014PhAco...2...87Y. doi:10.1016/j.pacs.2014.04.002. PMC 4182819. PMID 25302158.
  12. ↑Chung, Hoon; Dai, Tianhong; Sharma, Sulbha K.; Huang, Ying-Ying; Carroll, James D.; Hamblin, Michael R. (February 2012). "The Nuts and Bolts of Low-level Laser (Light) Therapy". Annals of Biomedical Engineering. 40 (2): 516–533. doi:10.1007/s10439-011-0454-7. ISSN 0090-6964. PMC 3288797. PMID 22045511.
  13. ↑"Photodynamic Therapy". cancer.org. Retrieved 2017-12-05.
  14. ↑Li, Jing-Liang (July–August 2010). "Gold-Nanoparticle-Enhanced Cancer Photothermal Therapy". IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 16 (4): 989–996. Bibcode:2010IJSTQ..16..989L. doi:10.1109/JSTQE.2009.2030340. hdl:1959.3/74995. S2CID 27216810.
  15. ↑ غاذر، مالتي سي؛ يون، سيوك هيون (12 يونيو 2011). "الليزر البيولوجي أحادي الخلية". نيتشر فوتونيكس . 5 (7): 406-410 . Bibcode : 2011NaPho...5..406G . doi : 10.1038/NPHOTON.2011.99 .
  16. ↑ هومار، ماتياج؛ هيون يون، سيوك (27 يوليو 2015). "الليزر الميكروي داخل الخلايا" . مجلة نيتشر فوتونيكس . 9 (9): 572-576 . Bibcode : 2015NaPho...9..572H . doi : 10.1038/NPHOTON.2015.129 . PMC 4583142. PMID 26417383 .  
  17. ↑ شوبرت، مارسيل؛ ستود، أنيا؛ ليهم، فيليب؛ كروننبرغ، نيلز م.؛ كارل، ماركوس؛ كامبل، إيلين س.؛ باويس، سيمون ج.؛ غاذر، مالتي س. (21 يوليو 2015). "التألق الليزري داخل الخلايا الحية التي تحتوي على رنانات ضوئية دقيقة داخلية لوسم الخلايا وتتبعها باستخدام الباركود" (ملف PDF) . رسائل نانو . 15 (8): 5647-5652 . Bibcode : 2015NanoL..15.5647S . doi : 10.1021/acs.nanolett.5b02491 . hdl : 10023/9152 . PMID 26186167 . 
  18. ↑ فيكوراس، ألاسدير هـ.؛ شوبرت، مارسيل؛ كارل، ماركوس؛ كومار، جوثي د.؛ باويس، سيمون ج.؛ دي فالكو، أندريا؛ غاذر، مالتي س. (16 نوفمبر 2018). "ليزر نانوي داخل خلوي غير مُعيق" . نيتشر كوميونيكيشنز . 9 (1): 4817. arXiv : 1806.03366 . Bibcode : 2018NatCo...9.4817F . doi : 10.1038/ s41467-018-07248-0 . PMC 6240115. PMID 30446665 .  
  19. ↑ بريدجز، ويليام ب. (1964-04-01). "تذبذب الليزر في الأرجون المتأين أحاديًا في الطيف المرئي" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 4 (7): 128-130 . doi : 10.1063/1.1753995 . ISSN 0003-6951 . 
  20. ↑ «شركة NKT Photonics تستحوذ على شركة Fianium» . NKT Photonics . 31 مارس 2016. مؤرشف من الأصل بتاريخ 7 يوليو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2016 .