Anonim

'Black metal ' opdagelse kunne fremme brugen af ​​T-stråler til medicinsk scanning

Medicinsk

Darren Quick

10. december 2009

2 billeder

Sort titanium skabt af en blast fra femtosekund laser (Foto: Richard Baker, University of Rochester)

Forskeren Chunlei Guo opdagede en måde at ændre overfladen af ​​en række metaller, så de absorberede stort set alt lys ved hjælp af intens laserlampe i slutningen af ​​2006. Han fulgte op på sin "black metal" -opdagelse i 2008 ved at finde ud af, hvordan man bruger den samme grundlæggende proces at ændre overfladeegenskaber for at gøre metaller til en række farver. Nu har Guo og hans kollegaer i Rochester opdaget, at de ændrede, svarte metaller kan opdage elektromagnetisk stråling med frekvenser i terahertz-området, også kendt som t-stråler, som har potentiale i medicinske og videnskabelige scanningsapplikationer samt sikkerhedsscannere.

Med bølgelængder kortere end mikrobølger, men længere end infrarøde stråler, optager t-stråler et sted i det elektromagnetiske spektrum, der er i stand til spændende roterende og vibrationelle tilstande af organiske forbindelser, som patogener. Denne kvalitet kan give læger og biomedicinske forskere mulighed for at få tidligere umulige glimt af sygdomme på molekylært niveau. Desuden er t-stråler i modsætning til røntgenstråler ikke-ioniserende, hvilket betyder, at mennesker, der udsættes for dem, ikke risikerer den mulige vævsskade, der kan opstå som følge af røntgenstråler.

For at oprette det t-stråleabsorberende sorte metal Guo udsætter metallet for en stråle af ultrakorte, ultraintensive laserimpulser kaldet femtosekund laserpulser. Laserskuddet varer mindre end en quadrillionth of a second. For at få en forståelse af den slags hastighed, overveje at en femtosekund er til et sekund, hvad et sekund er til omkring 32 millioner år.

I løbet af sin korte udbrud frigør Guo's laser så meget magt som hele Nordamerika-nettet på en plet, som er et nålepunkt. På trods af dette kan femtosekundlaseren drives af en almindelig stikkontakt. Den intense blast tvinger overfladen af ​​metallet til at undergå nogle dramatiske ændringer, der skaber nanostrukturer, der gør dem ekstremt effektive til at absorbere terahertz-stråling.

University of California, Berkeley, bioengineering professor Thomas Budinger, siger terahertz-stråling er som meget højere frekvensradar, bortset fra at den teoretisk kan give brugerne mulighed for at se komplicerede detaljer om vævarkitektur på en tusindedel af millimeter og mindre, i stedet for store genstande som fly og både.

"Terahertz elektromagnetisk stråling har evnen til at forhøre væv på cellulær niveau. Hvis anvendt inden for mikroner af emnet af interesse, har denne form for billeddannelse den teoretiske evne til at detektere egenskaber af molekylære samlinger, som kunne være attributter af sygdomstilstande, Budinger sagde.

Selv om potentialet for t-stråler inden for medicinsk billeddannelse, sikkerhedsscanning og videnskabelig billeddannelse har været kendt i et stykke tid, har de været notorisk vanskelige at opdage, fordi typiske materialer ikke let absorberer denne frekvens. Men efter at have gennemgået Guo's teknik bliver metaller over 30 gange mere absorberende.

"Da vi vendte metaller sort, vidste vi, at de blev meget absorberende i det synlige bølgelængdeområde, fordi de ændrede metaller forekommer tonehvid i øjet. Her viste vi eksperimentelt, at den forbedrede absorption strækker sig godt ud i de fjernt infrarøde og terahertz-frekvenser, "Sagde guo.

Som lovende som T-stråler lyd, er der stadig nogle spørgsmål, der skal besvares vedrørende deres sikkerhed. Selvom terahertzfotoner ikke er energiske nok til at bryde kemiske bindinger eller ionisere atomer eller molekyler, hvilket er hovedårsagerne til, at røntgenbilleder og UV-stråler er så skadelige, kan de skade os på andre måder.

Nylige undersøgelser foretaget af Boian Alexandrov og kolleger ved Center for Ikke-lineære Studier på Los Alamos National Laboratory i New Mexico, hvor man undersøger, hvordan terahertz-felter interagerer med dobbeltstrenget DNA, har vist, at de i væsentlig grad kunne interferere med processer som genekspression og DNA-replikation. Alexandrov siger, at selvom de genererede kræfter er små, tillader resonante effekter terahertzbølger at "unzip" dobbeltstrenget DNA, hvilket skaber bobler i dobbeltstrengen.

T-stråler er naturligt til stede i vores miljø, ligesom UV og infrarødt lys, men hvis vores eksponering for dem er sat til at stige dramatisk gennem nye teknologier, som Guo 's black metal, så kan det være værd at finde ud af, hvordan meget eksponering er for meget, før t-stråler bliver almindeligt anvendt på hospitaler og lufthavne.

Via University of Rochester og Technology Review.

Sort titanium skabt af en blast fra femtosekund laser (Foto: Richard Baker, University of Rochester)

Guo i hans laboratorium ved Institute of Optics ved University of Rochester (Foto: Richard Baker, University of Rochester)

Anbefalet Redaktørens Valg