บาคาร่าเว็บตรง ไมโครเลเซอร์ที่ประกอบเองได้ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อม

บาคาร่าเว็บตรง ไมโครเลเซอร์แบบประกอบเอง เลเซอร์เหมือนจริง: ไมโครอนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ที่คลัสเตอร์รอบอนุภาคเจนัส เส้นประแสดงพื้นที่การลากเส้น และเส้นสีชมพู/เหลืองแสดงรอยทางยาว 275 วินาทีของอนุภาคขนาดเล็กหลายตัว นักฟิสิกส์ในสหราชอาณาจักรได้ออกแบบระบบโฟโตนิกที่ประกอบเองได้ ซึ่งสามารถปรับลำแสงเลเซอร์ที่สร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อแสงที่เปลี่ยนไป 

ทีมงานที่นำโดยRiccardo Sapienzaที่ Imperial College London 

และGiorgio Volpeจาก University College London ได้ออกแบบระบบของอนุภาคขนาดเล็กที่แขวนลอย ซึ่งก่อตัวเป็นกระจุกหนาแน่นเมื่อส่วนผสมถูกส่องสว่าง

ระบบจำนวนมากในธรรมชาติสามารถควบคุมพลังงานในสภาพแวดล้อมโดยรอบเพื่อสร้างโครงสร้างและรูปแบบที่ประสานกันภายในกลุ่มขององค์ประกอบแต่ละอย่าง มีตั้งแต่ฝูงปลาที่เปลี่ยนรูปร่างแบบไดนามิกเพื่อหลบเลี่ยงผู้ล่า ไปจนถึงการพับของโปรตีนเพื่อตอบสนองต่อการทำงานของร่างกาย เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ

ขณะนี้มีการวิจัยในสาขาที่กว้างขวางเพื่อเลียนแบบการจัดระเบียบตนเองในวัสดุประดิษฐ์ ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนและกำหนดค่าตัวเองใหม่เพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป ในงานวิจัยล่าสุดนี้ รายงานในNature Physics ทีม ของ Sapienza และ Volpe มีเป้าหมายที่จะสร้างเอฟเฟกต์ในอุปกรณ์เลเซอร์ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงแสงที่ผลิตได้เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป

เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ นักวิจัยได้ใช้ประโยชน์จากวัสดุประเภทหนึ่ง

ที่เรียกว่าคอลลอยด์ ซึ่งอนุภาคจะกระจายตัวไปทั่วของเหลว เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้สามารถสังเคราะห์ได้อย่างง่ายดายด้วยขนาดที่เทียบได้กับความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้ คอลลอยด์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์โฟโตนิกขั้นสูง รวมถึงเลเซอร์

เมื่ออนุภาคของพวกมันถูกแขวนลอยในสารละลายของสีย้อมเลเซอร์ สารผสมเหล่านี้สามารถกระจายและขยายแสงที่ติดอยู่ภายในพวกมัน ทำให้เกิดลำแสงเลเซอร์ผ่านการปั๊มด้วยแสงด้วยเลเซอร์พลังงานสูงอีกตัวหนึ่ง อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ การออกแบบเหล่านี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับคอลลอยด์แบบคงที่ ซึ่งอนุภาคไม่สามารถกำหนดค่าตัวเองใหม่ได้เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป

ในการทดลอง Sapienza, Volpe และคณะได้แนะนำส่วนผสมคอลลอยด์ขั้นสูง ซึ่งอนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO 2 ) ถูกแขวนลอยอย่างสม่ำเสมอในสารละลายเอธานอลของสีย้อมเลเซอร์ซึ่งมีอนุภาคเจนัส (ซึ่งมีสองด้านที่แตกต่างกันโดยมีคุณสมบัติทางกายภาพต่างกัน) . พื้นผิวทรงกลมครึ่งหนึ่งของอนุภาค Janus ถูกปล่อยทิ้งไว้ ในขณะที่อีกพื้นผิวหนึ่งเคลือบด้วยชั้นบางๆ ของคาร์บอน ทำให้คุณสมบัติทางความร้อนของอนุภาคเปลี่ยนแปลงไป

ซึ่งหมายความว่าเมื่ออนุภาค Janus ส่องสว่างด้วยเลเซอร์ HeNe 632.8 นาโนเมตร พวกมันสร้างการไล่ระดับอุณหภูมิในระดับโมเลกุลในของเหลวที่อยู่รอบๆ สิ่งนี้ทำให้อนุภาค TiO 2ในคอลลอยด์รวมตัวกันรอบ ๆ อนุภาค Janus ที่ร้อนและก่อตัวเป็นช่องแสง เมื่อการส่องสว่างสิ้นสุดลง อนุภาค Janus จะเย็นตัวลงและอนุภาคจะกระจายตัวกลับไปสู่การจัดเรียงที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอ

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ใหม่ให้พลังงานสูงที่ความถี่เดียว

พฤติกรรมที่ไม่เหมือนใครนี้ทำให้ทีมของ Sapienza และ Volpe สามารถควบคุมขนาดและความหนาแน่นของคลัสเตอร์ TiO 2 ได้อย่างระมัดระวัง จากการปั๊มด้วยแสง พวกเขาแสดงให้เห็นว่ากระจุกที่มีความหนาแน่นเพียงพอสามารถสร้างเลเซอร์ที่เข้มข้น ซึ่งครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้แคบ กระบวนการนี้ยังสามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ด้วยการหรี่แสงเลเซอร์และขยายกว้างขึ้นเมื่อนำแสงสว่างออก

ในการสาธิตระบบเลเซอร์ที่สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแสงได้อย่างเต็มที่ นักวิจัยหวังว่าผลลัพธ์ของพวกเขาจะสร้างแรงบันดาลใจให้กับวัสดุโฟโตนิกที่ประกอบตัวเองได้รุ่นใหม่ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การตรวจจับ การประมวลผลด้วยแสง และจอแสดงผลอัจฉริยะ

นักวิจัยได้ตรวจสอบการมอดูเลตความไวแสงด้วยรังสีผ่านผลของออกซิเจนก่อน: สมมติฐานที่ว่าการสูญเสียออกซิเจนที่อัตราปริมาณรังสีสูงมากจะเลียนแบบการขาดออกซิเจนในเนื้อเยื่อปกติ ทำให้พวกมันทนต่อรังสีได้มากขึ้น ดิฟเฟนเดอร์เฟอร์แสดงให้เห็นว่าอัตราปริมาณรังสีสูงเป็นพิเศษ การขาดออกซิเจนชั่วขณะเกิดขึ้นแตกต่างกันอย่างไรในช่วงเวลาและเวลา และลดการสะสมของขนาดยาที่มีประสิทธิผล

ทีมงานได้คำนวณการพร่องและการกู้คืนออกซิเจนที่ขึ้นกับอัตราปริมาณยา และกำหนดการสะสมของพลังงานเทียบกับความเข้มข้นของออกซิเจนสำหรับโหมดการนำส่งทั้งสี่แบบ เทคนิค PBS-RF แบบไฮบริดแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของออกซิเจนที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่สุด

ออกซิเจนเป็นเพียงหนึ่งในสปีชีส์ที่ขึ้นกับอัตราขนาดยาหลายชนิดที่เอื้อต่อการก่อตัวของอนุมูลอินทรีย์ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่รู้จักในการทำลายดีเอ็นเอ ต่อไป นักวิจัยจึงใช้สมการอัตราเคมีกัมมันตภาพรังสีเพื่อกำหนดความเข้มข้นของอนุมูลอินทรีย์เมื่อเวลาผ่านไป โดยพื้นที่สะสมใต้เส้นโค้งเป็นตัววัดตัวแทนสำหรับความเสียหายของดีเอ็นเอ สำหรับวิธีการจัดส่งทั้งสี่วิธี FLASH จะลดระดับความเสียหายลงเมื่อเทียบกับการฉายรังสีทั่วไปที่สอดคล้องกัน

กลไกที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งที่เสนอเพื่ออธิบายผลการประหยัดเนื้อเยื่อของ FLASH คือการลดการตายของเซลล์ภูมิคุ้มกันที่หมุนเวียนโดยการฉายรังสีที่อัตราปริมาณรังสีสูงมาก เพื่อตรวจสอบสิ่งนี้ ทีมงานได้ใช้แบบจำลองทางรังสีชีววิทยาที่พิจารณาว่ารังสีตัดกับสระเลือดที่ไหลเวียนอย่างไร เพื่อหาจำนวนการอยู่รอดของเซลล์ภูมิคุ้มกัน บาคาร่าเว็บตรง