فوتونیک هزاره جدید در علوم زیستی

نوع مقاله: مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شربف

2 استاد دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی برق

چکیده

بیش از نیم قرن پیش ریچارد فاینمن، به نمایندگی از زیست شناسان، در یک سخنرانی مشهور از فیزیکدانان و مهندسان خواست تا میکروسکوپی بسازند که صد برابر بهتر از میکروسکوپ‌های موجود باشد. متأسفانه، بنیادی‌ترین و اصلی‌ترین سؤالات زیست‌شناسی هنوز بدون پاسخ باقی مانده‌اند؛ همان‌طور که فاینمن سخنورانه بیان کرد، هنوز نتوانسته‌ایم نگاهی به موضوع پرسش بیندازیم.  هدف این مقاله برجسته کردن نقش چشمگیری است که فوتونیک در هزاره جدید بازی می‌کند تا تصویری خوب از دنیای سلولی و درون سلولی برای ما بسازد. ابتدا در خصوص آخرین رهکارهای ارائه شده برای از پیش رو برداشتن چالشهای مشاهده شده در دنیای مینیاتوری سلولی و درون سلولی بحث شده است. سپس، بر روش تصویربرداری انتگرالی تأکید شده است، از آن رو که برای مشاهده دنیای سلولی از طریق تحریک سیستم بینایی انسان و فرآهم آوردن تصویری سه بعدی با کیفیت خوب بهترین کاندید است؛ دو رویکرد: یکی مبتنی بر نور هندسی و دیگری بر نور موجی ارائه شده‌اند تا اساس این روش به درستی شرح داده شود. این رویکردها در دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف ارائه شده‌اند. از آنجایی‌که قدرت تفکیک این روش محدود است و اساساً تحریک سیستم بینایی انسان در سطح زیرمولکولی اعتبار لازم را ندارد، بخش پایانی این مقاله به برخی از آخرین دستاوردهای نوین نانوفوتونیک اختصاص دارد که می‌توانند به زیست‌شناسان در مشاهده دنیای زیر سلولی و در دستیابی به سطح تک مولکولی یاری رسانند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Photonics of the new millennium in bioscience

نویسندگان [English]

  • Zahra Kavehvash 1
  • Khashayar Mehrany 2
1 Assistant Professor, Department of Computer Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Department of Computer Engineering, Sharif University of Technology,Tehran, Iran.
چکیده [English]

More than a half century ago and on behalf of biologists, Richard Feynman in a famed lecture asked physicists and engineers to make microscopes 100 times better. It is unfortunate that the most central and fundamental questions of biology remain hitherto unanswered because; as Feynman has put it, we still cannot just look at the subject of our question. The aim of this paper is to highlight the prominent role that the science of photonics can play in the new millennium trying to provide a good vision of cellular and intracellular world. First, the recent solutions that can address the challenges of visualizing the miniature world of micro-organisms are discussed. Then, more emphasis is put on the integral-imaging technique which seems to be the best candidate for visualizing the cellular world as it is able to stimulate the human visual system and thus can construct a high quality three-dimensional image of the cellular structure. Two methodologies, one based on the geometrical optics and the other on the wave optics, are presented to explicate the essence of integral imaging. These approaches have been proposed in the electrical engineering department of Sharif University. Since the resolution of the three-dimensional imaging techniques is limited and since the stimulation of the human visual system becomes meaningless at the sub-cellular level, the final section of the paper is devoted to some recent achievements in nano-photonics, which can help biologists in observing within the cellular world and in reaching out to the single molecule level.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photonics
  • bioscience
  • microscopy and nanoscopy
  • 3D perception
  • nano-photonics