Ученые из университета ИТМО собрали установку, которая с фемтосекундной скоростью снимает голограммы с мельчайших объектов, например, живых клеток. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters, сообщили в пресс-службе вуза.
Новая камера воссоздает рельеф изучаемого образца по искажению лазерного импульса, прошедшего сквозь него, и способна визуализировать даже прозрачные биоструктуры без введения в них контрастных веществ, с чем не справляются электронные микроскопы.
Многие процессы в клетках нашего тела и в других уголках микромира происходят практически молниеносно, за доли наносекунды или даже меньшее время. В последние годы физики и биологи научились следить за ними, используя сверхкороткие, но при этом мощные импульсы лазеров, которые длятся несколько десятков фемтосекунд, квадриллионных долей секунды.
Проблема заключается в том, что подобные вспышки обычно бывают несовместимыми с живыми тканями и трехмерными конструкциями, так как они или повреждаются при облучении рентгеном, или же не позволяют непрерывно следить за процессами внутри них.
Кроме того, для работы многих этих методик требуется «подсветка» интересующих ученых молекул и частей клетки при помощи особых светящихся молекул, что также не всегда возможно в таких экспериментах.
Для решения этой проблемы Чипегин и его коллеги создали сверхбыструю систему записи голограмм, которая позволяет сканировать трехмерную форму объекта примерно 20 триллионов раз в секунду, используя серии лазерных импульсов, скомпонованных необычным образом.
Установка способна вести съемку быстропротекающих процессов в прозрачных образцах и позволяет увеличивать разрешение снимков в широких пределах. Прибор записывает фазовые деформации сверхкоротких, или фемтосекундных, лазерных импульсов, возникающие, когда свет проходит сквозь исследуемый объект.
Фазовые изображения, или голограммы, помогут исследовать клетки, чтобы лучше понимать механизмы аутоиммунных, онкологических, нейродегенеративных заболеваний, а также отслеживать эффективность противораковой терапии.
Каждую секунду в живых клетках происходит до ста миллиардов биохимических реакций и физических процессов. Их регистрация требует высокого временного разрешения.