Johns Hopkins mühendislerinden oluşan bir ekip, moleküler titreşimleri gözlemlemek için yeni, daha güçlü bir yöntem geliştirdi, bu da erken hastalık tespiti için geniş kapsamlı etkileri olabilecek bir ilerleme.
Makine Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Ishan Barman liderliğindeki ekip, ışığın moleküllerle özel hibrit durumlar oluşturmak için nasıl kullanılabileceğini gösteren ilk kişi oldu – en küçük titreşimlerin bile daha büyük netlik ve hassasiyetle tespit edilmesine izin verdi.
Ekibin bulguları şu adreste yayınlandı Bilim ilerlemeleri.
Sağlık hizmetlerinde, molekülleri tespit etmek için bu yeni yöntem, kan, tükürük veya idrarda bulunan hastalık biyobelirteçlerinin daha erken, daha doğru bir şekilde tespitine dönüşebilir. Ancak daha geniş tıbbi kullanım için başka etkileri olabilir: farmasötik üretimde, ürün tutarlılığı ve güvenliğini sağlamak için karmaşık kimyasal reaksiyonların gerçek zamanlı izlenmesini sağlayabilir; Ve çevre bilimlerinde, benzeri görülmemiş güvenilirliğe sahip kirleticilerin veya tehlikeli bileşiklerin iz seviyesinde tespit edilmesine izin verebilir.
Moleküler titreşimler – bir molekül içindeki atomların küçük, eşsiz hareketleri – enfeksiyonlardan ve metabolik bozukluklardan kansere kadar çeşitli hastalıkların varlığını ortaya çıkarabilen kimyasal “parmak izleri” sunar.
Bilim adamları genellikle bu titreşimleri tespit etmek için kızılötesi ve Raman spektroskopisi gibi teknikleri kullanırlar, ancak bu yöntemler temel sınırlamalardan muzdariptir: güvendikleri sinyaller genellikle zayıftır, arka plan gürültüsü ile kolayca boğulur ve kan veya doku gibi karmaşık biyolojik ortamlarda izole edilmesi zordur.
“Moleküler algılamada uzun süredir devam eden bir zorluğun üstesinden gelmeye çalışıyorduk: Moleküllerin optik tespitini gerçek dünya koşullarına daha hassas, daha sağlam ve daha uyarlanabilir hale getiriyorsunuz?” Sidney Kimmel Kapsamlı Kanser Merkezi’nde ve Johns Hopkins Tıp Fakültesi’nde Radyoloji ve Radyolojik Bilimler Bölümü’nde ortak randevu alan Barman.
Diyerek şöyle devam etti: “Geleneksel yöntemleri aşamalı olarak geliştirmeye çalışmak yerine, daha radikal bir soru sorduk: Ya ışığın temelde yeni bir tür algılama yaratmak için madde ile etkileşime girmesini yeniden tasarlayabilirsek?”
Ekip, ışığı yakalayan ve ileri geri “seken” ve kapalı moleküllerle etkileşimini büyük ölçüde artıran optik bir boşluk oluşturmak için oldukça yansıtıcı altın aynalar kullandı. Kapalı ışık alanı ve moleküler titreşimler o kadar iç içe geçiyor ki, “vibro-polaritonlar” adı verilen tamamen yeni kuantum durumları oluşturuyorlar.
Ekip, bu başarıyı, genellikle kırılgan kuantum durumlarını korumak için gerekli olan yüksek kaydırma, kriyojenik veya diğer aşırı ortamlara ihtiyaç duymadan ortam, gerçek dünya koşulları altında elde edebildi. Johns Hopkins’te Makine Mühendisliği’nde yardımcı araştırma bilimcisi olan baş yazar Peng Zheng, bu çalışmanın “kuantum vibro-polaritonik algılamayı” kavramsal bir fikirden işleyen bir platform haline getirmeyi ve bunun yeni bir kuantum özellikli optik sensör sınıfına yol açabileceğini detaylandırdığını söyledi.
Zheng, “Pasif olarak molekülleri tespit etmek yerine, kuantum vibro-polaritonik durumları kullanarak optik parmak izlerini seçici olarak geliştirmek için etraflarındaki kuantum ortamını tasarlayabiliriz.” Dedi.
Kuantum prensiplerini yeni bir şekilde kullanarak, geleneksel altyapıya ihtiyaç duymadan, bu çalışma, ortam koşullu kuantum teknolojilerinin yeni alanını ilerletmede büyük bir kilometre taşını işaret etmektedir. Nihayetinde Barman, bu kuantum teknolojilerini taşınabilir, bakım noktası araçlarına ve AI-güçlü teşhis yöntemlerine getirebilecek kompakt, mikroçip ölçekli cihazlar öngörüyor.
Barman, “Kuantum algılamanın geleceği laboratuarda sıkışmadı-tıp, biyomoman üretim ve ötesinde gerçek dünyadaki bir etki yaratmaya hazır.” Dedi.
