Onderzoekers van Caltech en de Universiteit Twente hebben ontdekt dat een decennia oude techniek om licht in weefsel te focussen wellicht veel bruikbaarder is dan aanvankelijk gedacht. Tot nu toe werd aangenomen dat de limiet voor optical phase conjugation (opc) bij biologische weefsels op een paar millimeter ligt, want boven die afstand blijven er te weinig fotonen over om alle pixels van een detector te beroeren. Maar dat is ook helemaal niet nodig, stellen de Amerikaanse en Twentse onderzoekers nu in Physical Review Letters; dankzij het golfkarakter van de fotonen krijgt elke pixel alsnog voldoende informatie.
De opc-techniek om lichtbundels in troebele materialen te focussen, kent een aantal varianten, maar alle bestaan uit meerdere stappen. Ten eerste wordt een specifiek punt in het materiaal ‘gemarkeerd’, bijvoorbeeld met gefocust ultrageluid, zodat licht dat door dit punt komt een stukje in frequentie verschuift. Ten tweede wordt een lichtbundel het materiaal ingestuurd. Een beelddetector vangt een deel van het verstrooide licht weer op, en dankzij de frequentieverschuiving is het mogelijk om specifiek te kijken naar het licht dat door het gemarkeerde punt is gekomen. De beeldsensor heeft dus een beeld van het verstrooiingspatroon sinds dat punt.
Dat kan gebruikt worden voor de derde stap. Met behulp van het gedetecteerde interferentiepatroon wordt een compensatiefilter opgesteld, waarmee een lichtbundel die vanuit de positie van de sensor wordt teruggestuurd, in een nette focus op het punt in kwestie aankomt.
Dat kan dan vervolgens weer gebruikt worden voor verschillende toepassingen. Fluorescentiemicroscopie bijvoorbeeld, waarbij met een focuspunt door het weefsel wordt heen gescand om een fluorescente kleurstof te doen oplichten. Omdat al het licht dat hiermee geproduceerd wordt afkomstig is van het focuspunt, is voxel voor voxel een beeld op te bouwen. Een andere toepassing is optogenetica, waarbij zenuwcellen via een genetische ingreep lichtgevoelig worden gemaakt en vervolgens met lichtpulsen te activeren of te onderdrukken zijn.
Device lifecycle management for fleets of IoT devices
Microchip gives insight on device management, what exactly is it, how to implement it and how to roll over the device management during the roll out phase when the products are in the field. Read more. .
Tot nu toe beperken de toepassingen in de biologie zich echter tot een weefseldiepte van enkele millimeters. Om tijdens de detectiefase voldoende pixels te activeren, zou de lichtintensiteit anders hoog moeten worden, wat tot beschadigingen kan leiden, of zou er te lang gemeten moeten worden, wat weer niet handig is met bewegend materiaal.
Het nieuwe onderzoek laat echter zien dat die aanname niet klopt. Het team stuurden een lichtbundel door een sterk verstrooiend materiaal. Hun 2-megapixel-beeldsensor pikte hiervan slechts duizend fotonen op. Toch is de invloed van elk foton dankzij het golfkarakter vertegenwoordigd in het gedetecteerde interfentiepatroon. Er blijkt zelfs geen theoretische onderlimiet te zijn aan het aantal fotonen dat nodig is, schrijven de onderzoekers. De bruikbare diepte kan daarmee in principe een fors stuk worden uitgebreid.