Microsoft Word K\351zben tartott nemline\341ris mikroszk\363pia



Yüklə 47,19 Kb.

tarix06.03.2018
ölçüsü47,19 Kb.


Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

1/7 


 

2014. május

 

 



 

 

Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Szerző: 


Szeged i Imre

 

 



Rövidesen zárul az a Nemzeti Technológiai Program által támogatott munka, amelynek 

célja  egyebek  mellett  szállézeres  technológián  alapuló  nemlineáris  mikroendoszkóp 

kifejlesztése  volt.  A  konzorciumot  vezető  Szipőcs  Róbert,  az  MTA  Wigner  FK 

Szilárdtestfizikai  és  Optikai  Intézetének  (SZFI)  főmunkatársa,  az  R&D  Ultrafast  Lasers 

Kft.  vezetője  nem  pihenhet,  hiszen  az  idén  márciusban  meghirdetett  Nemzeti 

Agykutatási  Program  újabb  kihívást  jelent  a  lézerfizikus  és  munkatársai  számára.  A 

most  záruló  (azonosítószám:  TECH-09-A2-2009-0134)  projektet,  illetve  a  minap  indult 

programot ismertették az érintettek. 

A Nemzeti  Technológiai  Program  által  támogatott  fejlesztések  több  részfeladatra  koncentráltak.  Ennek 

elemeként  az  MTA  Wigner  SZFI-ben  például  speciális  tulajdonságú  optikai  szálak  megtervezését  (lásd 



Várallyay  és  Szipőcs,  IEEE-JSTQE,  2014),  illetve  az  R&D  Ultrafast  Lasers  Kft.  és  a  Szegedi 

Tudományegyetem  Optikai  és  Kvantumelektronikai  Tanszékének  segítségével  ezekből  mintadarabok 

gyártását, tesztelését és minősítését (lásd Grósz és társai, Appl.Opt, 2014) végezték el. Ugyancsak feladat 

volt, hogy a korábban elkészített femtoszekundumos szállézer prototípusából (lásd Fekete és társai, Laser 



Phys.  Lett.,  2009)  ipari  célra  is  alkalmazható  változatot  készítsenek,  azaz  olyat,  ami  folyamatos,  zavar- 

(például  Q-kapcsolástól)  mentes  módusszinkronizált  működésre  alkalmas,  ezért  megfelelően  stabil  és 

biztonságos  fényforrásként  használható  a  mikroendoszkópiás  rendszerekben.  Ezeknek  a  hagyományos 

szilárdtestlézeres  megoldásokkal  szemben  az  a  nagy  előnyük,  hogy  kisebb  helyen  elférnek,  lényegesen 

olcsóbbak,  illetve  –  mivel  egy  optikai  szálból  jön  ki  a  fény  –,  endoszkópiás  rendszerekbe  is  könnyebben 

integrálhatóak. Hátrányuk csupán annyi, hogy a szállézerek tipikusan egy szűk hullámhossztartományban 

működnek  –  az  itterbium  lézer  körülbelül  az  1  mikrométeres  hullámhosszon,  míg  a  telekommunikációs 

megoldásokban 

használt 

erbiumalapú 

szállézer 

megközelítőleg 

az 

1,5–1,6 


mikrométeres 

hullámhossztartományon.  Ugyanakkor  az  itterbiumra  épülő  rendszerek  nagyon  nagy  hatásfokon 

dolgoznak,  azaz  az  elektromos  teljesítmény  jelentős  részéből  optikai  teljesítmény  lesz,  míg  az  erbiumos 

rendszer a nagy sebességű adatátviteli rendszerekben használható előnyösen. 




Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

2/7 


 

 

 

A FIBERSC2 projekt során kifejlesztett, ipari kivitelű,  

szálintegrált pikoszekundumos Yb-szállézer és erősítő rendszer 

„A  légmagos,  méhsejt  szerkezetű  optikai  szálak  fejlesztésekor  Várallyay  Zoltán  kollégám 

közreműködésével  olyanokat  terveztünk,  amelyek  széles  optikai  spektrumon  garantálják  az  optikai 

impulzusok  alakhű  átvitelét,  a  kompresszióját,  valamint  a  szálintegráltság  biztosításához  szükséges 

egyéb  feltételeket.  Munkánk  másik  fontos  területe  az  úgynevezett  üvegmagos  optikai  szálak  tervezése 

volt, amelyek segítségével az előbb említett itterbium lézerek egyetlen hullámhosszát átkonvertálhatjuk 

egy  másik,  a  mérések  szempontjából  hasznosabb  hullámhosszra”  –  tájékoztatta  magazinunkat  a 

kutatásokat irányító Szipőcs Róbert. 



 

 

Az Yb-oszcillátor stabil működési tartományait leíró „térképek” 

Ez  –  vagyis  az  Yb-szállézer  teljesítményének  egy  optikai  szálban  történő,  megfelelő  hatásfokú 

átkonvertálása  –  lehetővé  teszi  az  automatikusan  szinkronizált,  két  hullámhosszon  történő 

impulzusüzemű  működést  is.  Ez  azért  rendkívül  érdekes,  mert  a  két  hullámhossz  megfelelő  beállításával 

(ami  az  üvegmagos  szál  szerkezetének  függvénye)  elkészíthetőek  olyan,  optikai  szál  alapú  fényforrások, 

amelyekkel  különböző,  tipikusan  szerves  molekulákat  szelektíven  lehet  gerjeszteni  az  ún.  CARS  módszer 

alkalmazásával  (lásd  Kolonics  és  társai,  Biomedical  Optics  Congress,  Miami,  OSA,  2012),  aminek 

köszönhetően pedig az eddig nem világító molekulák láthatóvá válnak. Azaz, festékek használata nélkül is 

meg lehet határozni a molekulák mikroszkópiás, 3D térbeli elhelyezkedését. 



Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

3/7 


 

A  most  említett  eredményeket  felhasználták  már  egy  ipari  kivetelű  CARS-mikroszkópiás  mérőrendszer 

megvalósításánál  is  (lásd 

„Új,  fluoreszcens  jelölésmentes,  3D  mikroszkópiás  képalkotó  eljárás  in  vivo 

diagnosztikai  vizsgálatokhoz”

,  Innotéka,  2012.  aug.–szept.).  Ez  esetben  egy  hangolható  Ti-zafír  lézer 

fényének  egy  részét  átkonvertálták  1  mikron  környékére,  ezután  a  jelet  egy  többfokozatú  Yb-erősítővel 

felerősítették, majd kompresszálták. A legújabb fejlesztési eredmények közül kettőt érdemes kiemelni: az 

első, hogy Ti-zafír lézer alapú CARS mikroszkópiás rendszerük hangolható fényforrásaként már nemcsak 

saját gyártmányú lézerüket, hanem  más  kétfoton mikroszkópia laboratóriumokban szintén széles körben 

alkalmazott,  az  USA-beli  Spectra-Physics  cég  által  kifejlesztett  Mai  Tai  lézert  is  használni  tudják,  vagyis 

egyszerűen  megoldható  a  már  létező  kétfoton  mikroszkópia  laboratóriumokban  a  CARS  mérési  módszer 

adaptációja. 



 

 

Fluoreszcens jelöléssel ellátott, plazmid DNS-t tartalmazó nanorészecskék (PEIm) bőrben történő penetrációjának in vivo 

vizsgálata Yb-szállézeres kétfoton mikroszkóppal 

 

 




Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

4/7 


 

Másik  fontos  új  fejlesztési  eredményük,  ami  a  CARS  méréseket  lényegesen  egyszerűbbé  és  pontosabbá 

teszi,  a  Carl  Zeiss  LSM  7  MP  mikroszkóphoz  kifejlesztett,  pneumatikus  szűrőcserélő  egységük,  amivel 

pillanatok alatt lehet váltani a különböző mérési beállítások (például zsírok, fehérjék, NO) között anélkül, 

hogy  további  költséges  detektorokkal  kellene  bővíteni  a  rendszert.  Többek  között  szegedi  tudományos 

partnereikkel  az  idegsejteket  borító  mielinhüvely  szerkezetét  vizsgálták  a  patkányagy  fehér-  és 

szürkeállományában,  de  arra  is  alkalmasnak  tűnik  a  rendszer,  hogy  a  CARS  és  az  ún.  SHG  módszer 

együttes  alkalmazásával,  festékjelölés  alkalmazása  nélkül  pontosan  kimutassa  az  elhízott  emberek 

bőrszerkezetében  bekövetkező  elváltozásokat.  Itt  kell  megjegyeznünk,  hogy  a  konzorcium  munkájában  – 

egyebek  között a most említett témával is –, részt  vesz még a Semmelweis Egyetem Bőrklinikája is  (lásd 



még: 

„Lézeres diagnosztika a bőrgyógyászatban”

, Innotéka, 2013. június, valamint Bognár és társai, J. 

Inv. Dermatology, 2014). 

 

 

Az elhízás hatásának vizsgálata a bőr szerkezetére SHG+CARS mikroszkópiával  

(SHG: kollagén, CARS: zsírsejtek) 

 

 




Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

5/7 


 

A  Wigner  kutatóközpont  munkatársai  által  tökéletesített  eljárás  újabb  alkalmazási  lehetősége  a 

gyógyszeripari partnerük, a Genetic Immunity Kft. által behozott terület lehet  (lásd Tőke és társai, Gene 

Therapy,  2014).  Ebben  az  esetben  nanorészecskék  felszívódását,  sejtek  általi  felvételét,  majd  lebomlását 

követik  in  vivo  24  órán  keresztül.  A  CARS  módszer  alkalmazása  ezen  a  területen  egy  új  kitörési  pontot 

jelenthet,  mert  ha  az  FDA  (US  Food  and  Drug  Administration)  engedélyezi  ezt  az  új  nemlineáris 

mikroszkópiás  technikát,  akkor  a  nanorészecskék  működésének  in  vivo  humán  nyomon  követésére, 

mérésére van egy kiváló, megfelelően nagy felbontással rendelkező mérési technika. 

A program résztvevői a műszerek árát és méretét is számottevően csökkentették, ami azért fontos, mert a 

lézerek széles körű alkalmazásának éppen ez a két tényező szab jelenleg gátat. Különleges megoldásokkal 

sikerült elérniük, hogy például az R&D Ultrafast Lasers Kft. által gyártott hangolható, femtoszekundumos 

Ti-zafír lézerek ára felére-harmadára csökkent (lásd Antal és Szipőcs, Appl. Phys B, 2012).  

Az MTA Wigner kutatóközpontban 



Csákányi Attila

 gépészmérnök aktív közreműködésével született meg 

például egy hajszárító méretű, kézben tartható, orvosi diagnosztikai célokat szolgáló kétfoton mikroszkóp. 

A fejlesztő szerint ez a módszer akkor lesz életképes, akkor terjed el, ha minden érdekelt kezébe könnyen 

kezelhető készüléket adnak. Ám nemcsak a könnyű kezelhetőség a fontos, hanem a kis méret is.  

 

 

FiberScope, a kézben tartott nemlineáris mikroszkóp 

A fejlődés  itt is lenyűgöző. „Egy-két évtizeddel ezelőtt egy  kétfoton  mikroszkóp az összes  részegységével 



együtt legalább egy köbméternyi térfogatot töltött ki, mi most ott tartunk, hogy kézbe vehető, könnyű és 

egyszerűen kezelhető eszközünk van, de már elérhető közelségben van a mobiltelefon méretű berendezés 

is” – nyilatkozta magazinunknak Csákányi Attila, aki a fejlesztőmunka egyik kihívásának azt tartja, hogy a 

felhasználó  valóban  csak  azt  kapja,  amire  szüksége  van.  Korábban  a  kutatók  megvették  a  nagyméretű, 

költséges,  univerzális  lézereket  és  mikroszkópokat,  majd  megpróbálták  összeilleszteni  azokat.  A 

kutatócsoport munkatársai ugyanakkor éppen az integrációra esküsznek – náluk a lézer és a mikroszkóp 

egy  egységet  jelent,  vagyis  ezek  alkalmazásorientált,  integrált  rendszerek.  Az  integráció,  a 



Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

6/7 


 

költségcsökkentés  azonban  nem  eredményezheti  a  képminőség  észrevehető  romlását.  Időnként  szükség 

van  kompromisszumokra,  de  ez  nem  veszélyeztetheti  a  biztonságos  működést,  nem  jelenthet 

biztonságtechnikai kockázatot. 



 

 

7 mm hosszú, 1 mm átmérőjű „optikai szondával” ellátott,  

mobil telefon méretű kétfoton mikroszkóp terve 

A  Szipőcs  Róbert  vezette  kutatócsoport  által  kidolgozott  új  lézer-  és  mikroszkópiás  képalkotó  rendszer 

esetében a  pásztázási sebesség,  a  felbontás, az érzékenység hasonló a hagyományos kétfoton abszorpciós 

mikroszkópos eljáráshoz, ugyanakkor olyan in vivo vizsgálatokat tudnak elvégezni, amilyeneket korábban 

nem. A fejlesztéseik során arra is figyeltek, hogy viszonylag kis koncentrációban jelen lévő molekulákat is 

ki  tudjanak  mutatni  –  ezt  a  célt  szolgálja  az  MTA  Wigner  SZFI-ben  jelenleg  is  fejlesztés  alatt  álló, 

úgynevezett SRS (Stimulated Raman Scattering) detektor rendszer is. 

A  jelenlegi  fejlesztési  irány  az  extrém,  ami  a  kiváló  felbontást  és  a  mikroszkóp  kis  méretét  is  jelenti, 

nemlineáris  mikroszkópok  előállítása.  Például  kísérleti  fázisban  van  egy  mindössze  egy  milliméteres 

átmérőjű  optikai  mérőszondával  ellátott  endoszkópos  kétfoton  mikroszkóp,  amivel  az  agy  akár  több 

milliméteres mélységben is in vivo vizsgálható. 

A  CARS  módszerhez  kapcsolódó  fejlesztéseik  in  vivo  patológiás  vizsgálatokra  is  alkalmasak  lehetnek:  ha 

egy  mintában  sikerül  meghatározni  különböző  molekulák  háromdimenziós  eloszlását,  akkor  az 

gyakorlatilag egyenértékű a patológiás festéssel. Csakhogy a jövőben  már nem kell kimetszeni a szövetet, 

hanem akár helyben is vizsgálhatják azt. 



Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia 

Innotéka, 2014. május

 

7/7 


 

A  Wigner  Fizikai  Kutatóközpont  a  Szegedi  Tudományegyetem  alvállalkozójaként  részese  a  Nemzeti 

Agykutatási Programnak – festékmentes, az SRS módszeren alapuló mikroszkópiás méréseket fejlesztenek 

idegtudományi  célokra.  Ennek  előzményeként  Szipőcs  Róbert  és  kollégái  néhány  évvel  ezelőtt  Szegeden 

kiépítettek  egy  kétfoton  mikroszkópiás  labort,  aminek  része  volt  egy,  az  R&D  Ultrafast  Lasers  Kft.  által 

gyártott  rögzített  hullámhosszú  és  egy  hangolható  femtoszekumdumos  lézerrendszer  is.  A  kiváló 

munkakapcsolatnak  köszönhetően  közösen  gondolkoztak  el  azon,  hogy  miként  lehetne  a 

festékjelölésmentes  technikákat  az  agykutatásban  is  felhasználni,  illetve  miként  lehetne  kisebb 

koncentrációjú  molekulákat  is  meghatározni,  megmérni.  „Ezen  a  téren  nagy  segítséget  jelenthet  az  idén 

márciusban meghirdetett Nemzeti Agykutatási Program” – mondta Szipőcs Róbert. 

 

MTA Wigner FK Szilárdtestfizikai és Optikai Intézet • 



szfki.hu

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

http://www.innoteka.hu/cikk/kezben_tartott_nemlinearis_mikroszkopia.927.html



 

 



Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə