Ученые из MIT обнаружили необычный эффект в оптической физике. При определенных условиях лазерный свет, который обычно выглядит рассеянным и хаотичным, может сам собираться в узкий и очень сфокусированный луч.
Этот луч исследователи называют «карандашным». С его помощью команда получила 3D-изображения человеческого гематоэнцефалического барьера примерно в 25 раз быстрее, чем при нынешнем эталонном методе. При этом качество снимков осталось сопоставимым.
Гематоэнцефалический барьер защищает мозг от вредных веществ, но одновременно мешает многим лекарствам попасть к нужной цели. Новый метод позволяет в реальном времени наблюдать, как отдельные клетки поглощают препараты. Это может помочь понять, доходят ли лекарства от заболеваний вроде болезни Альцгеймера или БАС до нужных участков мозга.
«Распространенное мнение в нашей области заключается в том, что если повысить мощность такого лазера, свет неизбежно станет хаотичным. Но мы доказали, что это не так».
— Сысянь Ю, доцент MIT
Открытие началось с неожиданного наблюдения. Исследователи тестировали оптическое волокно, которое может переносить высокую мощность. Обычно при увеличении мощности свет сильнее рассеивается из-за несовершенств внутри волокна. Но когда мощность приблизилась к опасному для волокна пределу, свет внезапно собрался в один резкий луч.
Чтобы повторить эффект, нужны два условия. Лазер должен входить в волокно строго под нулевым углом, а мощность нужно поднять до уровня, при котором свет начинает взаимодействовать со стеклом волокна.
«При критической мощности нелинейность может компенсировать внутренний беспорядок, создавая баланс, который превращает входящий луч в самоорганизованный “карандашный” луч».
— Хунхао Цао, ведущий автор исследования
В тестах такой луч оказался стабильным, чистым и точно сфокусированным. Он давал меньше размытых «ореолов», которые обычно ухудшают четкость изображения.
Затем ученые применили метод для изучения гематоэнцефалического барьера. В отличие от традиционных подходов, где приходится сканировать ткань слой за слоем, новый луч позволяет быстрее получать точные 3D-изображения и одновременно отслеживать, как клетки поглощают белки.
Авторы планируют дальше изучать физику этого самоорганизующегося луча и пробовать метод в других задачах, включая визуализацию нейронов.
