नई तकनीक जैविक ऊतकों की छवियों के संकल्प को दस गुना बेहतर कर सकती है

एमआईटी में विकसित किया गया दृष्टिकोण जैविक ऊतकों और अन्य जटिल सामग्रियों में प्रकाश के बिखराव की लंबे समय से चली आ रही समस्या पर काबू पाता है।

जैविक ऊतकों की गहरी परतों की छवियों को प्राप्त करने की समस्या लंबे समय से जटिल बनी हुई है। प्रकाश आमतौर पर जैविक ऊतक के रूप में इस तरह के एक जटिल सामग्री में बिखरे हुए है, और इसके अंदर परिलक्षित होता है जब तक कि यह कई अलग-अलग कोणों के तहत वापस नहीं आता है। यह ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के फोकस को बाधित करता है, जिससे रिज़ॉल्यूशन और इमेजिंग की गहराई दोनों को कम किया जाता है। बढ़ी हुई तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का उपयोग बिखरने को कम करने में मदद करता है, लेकिन संकल्प को भी कम करता है।

अब, फैलाव से बचने की कोशिश करने के बजाय, एमआईटी शोधकर्ताओं ने एक ऐसी तकनीक विकसित की है जो इस घटना का उपयोग अपने उद्देश्यों के लिए करती है। जर्नल साइंस में प्रकाशित एक पेपर में उन्होंने जिस तकनीक का वर्णन किया है, वह मौजूदा प्रणालियों की तुलना में 10 के कारक द्वारा छवि के रिज़ॉल्यूशन में सुधार करने के लिए प्रकाश के बिखरने की अनुमति देता है।

पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी की क्षमताएं विवर्तन सीमा द्वारा सीमित होती हैं , जो एक निश्चित संकल्प की तुलना में अधिक सटीक रूप से ध्यान केंद्रित करने की अनुमति नहीं देता है। नई तकनीक आपको "ऑप्टिकल सुपर-रिज़ॉल्यूशन" के साथ तस्वीरें लेने की अनुमति देती है जो इस सीमा को पार कर जाती है।

इसका उपयोग बायोमेडिकल छवियों को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, कैंसर के ऊतक कोशिकाओं पर अधिक सटीक रूप से ध्यान केंद्रित करना। मस्तिष्क की कुछ कोशिकाओं को उत्तेजित करने के लिए इसे ऑप्टोजेनेटिक तकनीकों के साथ भी जोड़ा जा सकता है। यहां तक ​​कि एक स्नातक छात्र, MIT में मैकेनिकल इंजीनियर, काम के प्रमुख लेखक, डुंगु किम के अनुसार, इसका उपयोग क्वांटम कंप्यूटिंग में भी किया जा सकता है।

शोधकर्ताओं ने पहली बार 2007 में इस विधि का प्रस्ताव दिया था - एक विशेष तरीके से ऊतक को भेजने से पहले एक प्रकाश तरंग का गठन करके, बिखरने की प्रक्रिया को उलटना और एक बिंदु पर प्रकाश का ध्यान केंद्रित करना संभव है। हालांकि, लंबे समय तक, जैविक ऊतकों जैसे जटिल सामग्रियों में प्रकाश के प्रकीर्णन पर जानकारी एकत्र करने में कठिनाई के कारण इस पद्धति का लाभ उठाना संभव नहीं था।

इस जानकारी को प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने "मार्गदर्शक तारे", या प्रतिक्रिया संकेतों को बनाने के लिए विभिन्न तकनीकों का विकास किया है, जो ऊतक के विशिष्ट बिंदुओं से निकलते हैं जो आपको प्रकाश को सही ढंग से ध्यान केंद्रित करने की अनुमति देते हैं। लेकिन अब के लिए, इन दृष्टिकोणों ने एक संकल्प दिया है जो विवर्तन सीमा से कम हो जाता है, किम कहते हैं।

संकल्प में सुधार करने के लिए, किम और सह-लेखक डर्क इंग्लैंड, MIT और इलेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च लेबोरेटरी में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग में एक एसोसिएट प्रोफेसर, "क्वांटम संदर्भ बीकन (QRB)" नामक कुछ विकसित किया।

OKMs को हीरे (NV केंद्र) में नाइट्रोजन-प्रतिस्थापित रिक्तियों के उपयोग से बनाया जाता है। हीरा क्रिस्टल जाली में ये छोटे आणविक दोष प्राकृतिक प्रतिदीप्ति को प्रदर्शित करते हैं, अर्थात्, वे एक लेजर बीम द्वारा उत्तेजित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

इसके अलावा, जब एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक ओकेएम के संपर्क में होता है, तो उनमें से प्रत्येक इसकी विशिष्ट आवृत्ति पर प्रतिध्वनित होता है। एक विशेष ओकेएम के लिए देखे गए ऊतक के नमूने के समान गुंजयमान आवृत्ति का माइक्रोवेव सिग्नल भेजकर, शोधकर्ता चुनिंदा रूप से इसकी प्रतिदीप्ति को बदल सकते हैं।

"कल्पना कीजिए एक पायलट रात में अपने गंतव्य के लिए एक जहाज को नेविगेट करने की कोशिश कर रहा है," किम कहते हैं। "यदि वह तीन बीकन को संकेत देते हुए देखता है, तो वह भ्रमित हो सकता है।" लेकिन अगर प्रकाशस्तंभ में से कोई एक उद्देश्य पर चमकता है, तो यह खुद को उन्मुख करेगा, ”वह कहते हैं।

इस अर्थ में, NV केंद्र फ्लोरोसेंट रोशनी उत्सर्जित करते हुए बीकन के रूप में कार्य करते हैं। एक विशेष बीकन के प्रतिदीप्ति को संशोधित करके, शोधकर्ता एक सिग्नल को चालू / बंद करते हैं और ऊतक में इस बीकन के स्थान को निर्धारित कर सकते हैं। "हम उस स्थान को ले सकते हैं जहां प्रकाश आता है, और इसके आधार पर, समझें कि जटिल सामग्रियों में प्रकाश कैसे बिखरे हुए हैं," किम कहते हैं।

फिर शोधकर्ता सभी ओकेएम से प्राप्त जानकारी को जोड़ते हैं और ऊतक में बिखरने वाले पैटर्न का एक सटीक प्रोफ़ाइल बनाते हैं। एक स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक के साथ इस तस्वीर का उपयोग करना - प्रकाश के हेरफेर के माध्यम से होलोग्राम का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण - आप ऊतक के अंदर बिखरने के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए लेजर बीम को पूर्व-आकार दे सकते हैं। फिर लेजर ऊतक के अंदर एक बिंदु पर सुपरसेलिंग के साथ ध्यान केंद्रित करने में सक्षम होगा।

जैसा कि जीव विज्ञान की समस्याओं पर लागू होता है, शोधकर्ताओं का सुझाव है कि निलंबित नैनोडायमंड्स को ऊतक में पेश किया जा सकता है, जो ऊतक छवियों को प्राप्त करने के कुछ तरीकों में उपयोग किए गए विपरीत एजेंट की भूमिका निभाएगा। या, हीरे के नैनोकणों से जुड़े आणविक लेबल उन्हें कुछ विशेष प्रकार की कोशिकाओं तक पहुंचा सकते हैं।

किम का कहना है कि ओकेएम का इस्तेमाल क्वांटम सेंसर और क्वांटम इंफॉर्मेशन प्रोसेसिंग के लिए भी किया जा सकता है। "ओकेएम का उपयोग क्वांटम बिट्स के रूप में किया जा सकता है, ताकि हम क्वांटम जानकारी को स्टोर कर सकें, इसलिए हम क्वांटम कंप्यूटिंग कर सकते हैं," वह कहती हैं।

कोरिया विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर वॉनशिक चोई कहते हैं, "जटिल सितारों" की कमी के कारण जटिल बिखरने वाले वातावरण में सुपरस्पेशलिटी इमेज प्राप्त करना पहले मुश्किल था, जो सबडिफ़्रेक्शन सटीकता के साथ अपना स्थान देता था।

"शोधकर्ताओं ने कहा है कि इस तरह के मार्गदर्शक सितारों के रूप में नैनो केंद्रों में NV केंद्रों पर आधारित OKMs के संचालन के लिए एक सुंदर तरीका विकसित किया गया है," वे कहते हैं। "यह काम तरंगदैर्घ्य से छोटे नैनोडेविसेस में सुपरसेलिंग और क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के साथ गहरी ऊतक परतों की छवियों को प्राप्त करने की नई संभावनाओं को खोलता है।"

अब, शोधकर्ताओं ने किम के अनुसार क्वांटम उलझाव और अन्य प्रकार के अर्धचालकों के उपयोग की संभावना का पता लगाने की उम्मीद कर रहे हैं।