Laser emitujący krótkie impulsy, opracowany na Politechnice Wrocławskiej, już teraz pomaga w badaniach siatkówki oka.
Źródło: Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska-Wujec
Zespół dr. hab. Grzegorza Sobonia z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów, który opracował rozwiązanie, otrzymał ostatnio Nagrodę im. Nikoli Tesli przyznawaną przez Politechnikę Wrocławską za wybitne osiągnięcie naukowe lub inżynierskie.
“Nasz zespół od wielu już lat zajmuje się laserami. W ramach jednego z projektów opracowaliśmy laser światłowodowy, który jest laserem impulsowym, czyli emitującym krótkie ‘błyski’ światła. Pojawiają się one w równych odstępach czasu i są niezwykle krótkie. W tym przypadku oznacza to kilkadziesiąt femtosekund, przy czym femtosekunda to jedna biliardowa część sekundy” – opisuje prof. PWr Grzegorz Soboń.
Laser światłowodowy to urządzenie dużo prostszej konstrukcji niż powszechnie używany obecnie do generowania krótkich impulsów femtosekundowy laser tytanowo-szafirowy. Laser w wersji zaprojektowanej przez ekspertów PWr jest też dużo łatwiejszym w obsłudze urządzeniem, nie wymaga umiejętności z zakresu techniki laserowej i może go obsługiwać lekarz, biolog czy chemik.
Laserem w siatkówkę oka
Obecnie laser opracowany na PWr jest wykorzystywany do badań i obrazowania siatkówki oka ludzkiego w Międzynarodowym Centrum Badań Oka (ang. International Center for Translational Eye Research ICTER).
“Oko jest organem dla człowieka bezcennym i wrażliwym, a wszelka aparatura laserowa, która miałaby zostać użyta do tego, aby świecić w oko musi spełniać bardzo rygorystyczne wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Takich laserów, które miałyby wystarczające parametry, by zaobserwować efekt, o jaki nam chodziło przy obrazowaniu oka i jednocześnie, by spełniały normy bezpieczeństwa na rynku nie było” – opisuje badacz Politechniki Wrocławskiej.
Wcześniej tę technikę obrazowania stosowano na myszach z użyciem laserów tytanowo-szafirowych. Te konstrukcje – jak opisuje prof. Soboń – są dość leciwe, duże, skomplikowane i drogie, ale też ich parametry są takie, że nie nadawały się do bezpiecznego badania ludzkiego wzroku.
Pierwsze testy swojego lasera naukowcy z PWr przeprowadzali na wyekstrahowanych próbkach biologicznych. Później, gdy okazało się, że zastosowana technika działa, wykonali prototyp lasera, który zainstalowano w Instytucie ICTER. Tam zintegrowano go z oftalmoskopem, czyli przyrządem do badania dna oka. W 2022 roku przeprowadzono pierwsze próby na oku ludzkim, a potem kilkanaście kolejnych. Laser pracuje tam do tej pory, umożliwiając prowadzenie badań na myszach i na ludzkim wzroku.
“W oku, w procesie widzenia, zachodzi cykl reakcji chemicznych, które są wyzwalane światłem w wyniku oddziaływania fotonu na fotoreceptory. Na niektórych etapach procesu widzenia powstają molekuły, które emitują fluorescencję. Jeśli oświetlimy daną molekułę światłem o pewnej barwie, to ona nam odpowie charakterystycznym wzorem światła o innej barwie” – opisuje rozmówca Nauki w Polsce.
W układzie oftalmoskopu siatkówka pacjenta zostaje pobudzona światłem z lasera i substancje takie jak metabolity witaminy A, emitują fluorescencję o charakterystycznej barwie. Badacze ją rejestrują i na tej podstawie otrzymują informacje na temat właściwości siatkówki oka, np. czy widać w niej niekorzystne zmiany.
Taki pomysł na badania siatkówki oka mieli eksperci w Centrum ICTER. Problem z tego rodzaju badaniami polegał na tym, że fluorofory, aby dały fluorescencję, musiałyby być oświetlone szkodliwym dla wzroku światłem ultrafioletowym. W ICTER wykorzystano więc absorpcję dwufotonową, która pozwala obejść fototoksyczność światła UV poprzez wykorzystanie lasera światłowodowego.
Oszukać molekuły
“To proces, w którym oszukujemy siatkówkę oka i świecimy na nią światłem o długości fali dwa razy dłuższej, która nie jest fototoksyczna. Molekuły, które absorbują dwa fotony z tego promieniowania ‘myślą’, że są pobudzone ultrafioletem, a nie są. W ten sposób uzyskujemy dostęp do tych molekuł, które wcześniej nie były wcale dostępne, bo nie było możliwości takiego ich oświetlenia” – opisuje prof. Soboń.
Stosowana w opisywanych badaniach technologia to mikroskopia wykorzystująca fluorescencję wzbudzaną dwufotonowo (ang. Two-photon excited fluorescence microscopy).
Przeczytaj także: Niestawianie się na wizyty to nie powód do odmowy rejestracji na kolejny termin.
