Самоорганизующиеся световые пучки позволяют повысить скорость трёхмерного сканирования в 25 раз

Исследовательская группа Массачусетского технологического института опубликовала в журнале «Nature Methods» прорывное открытие: при определённых условиях высокомощные лазеры не становятся хаотичными, а, наоборот, «самоорганизуются», формируя высокосфокусированные «карандашные пучки света». На основе этого они достигли высокоскоростной трёхмерной визуализации гематоэнцефалического барьера человека, увеличив скорость примерно в 25 раз по сравнению с традиционными методами, что может способствовать развитию новых технологий биовизуализации.

Это открытие стало результатом эксперимента, близкого к предельным условиям: команда вводила лазер в многомодовое оптическое волокно и постепенно увеличивала мощность, намереваясь наблюдать нестабильность, но когда мощность приблизилась к критическому значению, рассеянный свет внезапно сжался в стабильный узкий пучок. Для этого явления необходимы два условия: лазер должен входить строго вдоль оси волокна, и мощность должна достигать уровня, вызывающего нелинейный эффект. Поскольку предыдущие эксперименты проводились при низкой мощности, этот эффект долгое время оставался незамеченным. Такие самоорганизующиеся пучки более чистые, фокусировка более точная, что значительно снижает боковое рассеяние.

Эта технология позволяет наблюдать трёхмерное динамическое состояние гематоэнцефалического барьера на клеточном уровне, отслеживать в реальном времени процесс проникновения лекарств без флуоресцентных меток и измерять скорость поглощения различными клетками. Это даёт более прямые возможности для оценки лекарств при лечении болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, метод повышает скорость визуализации, сохраняя при этом разрешение, сопоставимое с золотым стандартом, и частично устраняет противоречие между разрешением и глубиной визуализации.