অপটিক্যাল স্ক্যাটারিং জৈবিক ইমেজিংয়ের জন্য একটি বাস্তব সমস্যা। আলোকে জৈবিক টিস্যুতে গভীরভাবে ফোকাস করা থেকে বাধা দিয়ে, বিক্ষিপ্ত প্রভাবগুলি ইমেজিং গভীরতাকে প্রায় 100 মাইক্রনে সীমাবদ্ধ করে, এর বাইরে শুধুমাত্র অস্পষ্ট চিত্র তৈরি করে। আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত অপটিক্যাল ক্লিয়ারিং মাইক্রোস্কোপি নামক একটি নতুন কৌশল এই দূরত্বকে ছয়টির বেশি ফ্যাক্টর বাড়িয়ে দিতে পারে, যা চিত্রিত এলাকায় গ্যাসীয় বুদবুদের একটি স্তর সন্নিবেশ করার কিছুটা বিপরীত পদক্ষেপের জন্য ধন্যবাদ। এই বুদ্বুদ স্তর যুক্ত করা নিশ্চিত করে যে ফোটনগুলি নমুনার মাধ্যমে প্রচারের সময় বিচ্যুত না হয়।
আলো যখন তার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চেয়ে ছোট কাঠামোর সাথে যোগাযোগ করে তখন অপটিক্যাল স্ক্যাটারিং ঘটে। ঘটনা আলো কাঠামোর মধ্যে ইলেকট্রনকে বিক্ষিপ্ত করে, দোদুল্যমান ডাইপোল মুহূর্ত গঠন করে যা বিভিন্ন দিকে আলোকে পুনরায় নির্গত করে।
"কনফোকাল মাইক্রোস্কোপির মতো কৌশলগুলি ক্যান্সার এবং মস্তিষ্কের টিস্যু ইমেজিংয়ের মতো জীবন বিজ্ঞান গবেষণায় ব্যাপকভাবে নিযুক্ত করা হয়, কিন্তু এই সমস্যার কারণে তারা সীমিত," ব্যাখ্যা করে জিন হো চ্যাং এ ডিজিআইএসটি (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology) কোরিয়ায়। "ইমেজিং-গভীরতার সীমাবদ্ধতা মূলত ঘটনা ফোটনগুলি অপটিক্যাল বিক্ষিপ্ততার ফলে তাদের মূল প্রচারের দিক থেকে মারাত্মকভাবে বিচ্যুত হওয়ার কারণে। প্রকৃতপক্ষে, ফোটন দ্বারা ভ্রমণ করা দূরত্বের সাথে অ-বিক্ষিপ্ত ফোটনের সংখ্যা দ্রুতগতিতে হ্রাস পায়, তাই প্রায় 100 মাইক্রনের গভীরতার পরে আলোকে শক্তভাবে ফোকাস করা যায় না।"
যদিও গবেষকরা এই সীমাবদ্ধতাকে মোকাবেলা করার জন্য বিভিন্ন ধরনের আলোক তরঙ্গ-আকৃতির কৌশল তৈরি করেছেন, তাদের কোনোটিই ত্রিমাত্রিক ছবি তোলার জন্য ব্যবহার করা যাবে না। এই অন্যান্য কৌশলগুলির জন্য উচ্চ-পারফরম্যান্স অপটিক্যাল মডিউল এবং অত্যাধুনিক অপটিক্স সিস্টেমের প্রয়োজন হয়।
বুদবুদ মেঘে কোন অপটিক্যাল বিক্ষিপ্তকরণ নেই
সর্বশেষ কাজে, চ্যাং এবং সহকর্মীরা একটি নতুন পদ্ধতির বিকাশ করেছেন যাতে তারা ইমেজিং প্লেনের সামনে অবস্থিত টিস্যুর আয়তনে গ্যাস বুদবুদ তৈরি করতে উচ্চ-তীব্রতার আল্ট্রাসাউন্ড ব্যবহার করে। বুদবুদগুলি ভেঙে পড়া এবং টিস্যুর ক্ষতি হতে বাধা দেওয়ার জন্য, গবেষকরা লেজার স্ক্যানিং মাইক্রোস্কোপ ইমেজিং প্রক্রিয়া চলাকালীন ক্রমাগত কম-তীব্রতার আল্ট্রাসাউন্ড প্রেরণ করেছেন, জুড়ে বুদবুদের একটি অবিচ্ছিন্ন প্রবাহ বজায় রেখেছেন। তারা দেখেছে যে যখন আয়তনে গ্যাসের বুদবুদের ঘনত্ব 90% এর বেশি হয়, তখন ইমেজিং লেজার থেকে ফোটনগুলি গ্যাস বুদবুদ অঞ্চলের অভ্যন্তরে খুব কমই অপটিক্যাল বিক্ষিপ্ত হওয়ার অভিজ্ঞতা পায় ("বুদবুদ মেঘ" নামে পরিচিত)। এর কারণ হল অস্থায়ীভাবে তৈরি গ্যাসের বুদবুদগুলি ঘটনা আলোর প্রচারের মতো একই দিকে অপটিক্যাল বিক্ষিপ্তকরণকে হ্রাস করে, এইভাবে এর অনুপ্রবেশ গভীরতা বৃদ্ধি করে।
"ফলস্বরূপ, লেজারটি ইমেজিং প্লেনে শক্তভাবে ফোকাস করা যেতে পারে, যার বাইরে প্রচলিত লেজার স্ক্যানিং মাইক্রোস্কোপি তীক্ষ্ণ চিত্রগুলি অর্জন করতে পারে না," চ্যাং বলে ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড. "এই ঘটনাটি রাসায়নিক এজেন্টের উপর ভিত্তি করে অপটিক্যাল ক্লিয়ারিংয়ের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ, তাই আমরা আমাদের পদ্ধতির নাম দিয়েছি আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত অপটিক্যাল ক্লিয়ারিং মাইক্রোস্কোপি (US-OCM)।"
প্রচলিত অপটিক্যাল ক্লিয়ারিং পদ্ধতির বিপরীতে, UC-OCM আগ্রহের অঞ্চলে অপটিক্যাল ক্লিয়ারিং স্থানীয়করণ করতে পারে এবং বুদবুদ ফ্লাক্স বন্ধ হয়ে গেলে সেই অঞ্চলে মূল অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি পুনরুদ্ধার করতে পারে। এটি বোঝায় যে কৌশলটি জীবন্ত টিস্যুর জন্য নিরীহ হওয়া উচিত।
গবেষকদের মতে, যারা তাদের কাজের বিবরণ দেন প্রকৃতি ফোটোনিকস, US-OCM-এর প্রধান সুবিধা হল: প্রচলিত লেজার মাইক্রোস্কোপির অনুরূপ রেজোলিউশন সহ ছয়টির বেশি ফ্যাক্টর দ্বারা ইমেজিং গভীরতা বৃদ্ধি; দ্রুত ইমেজ ডেটা অধিগ্রহণ এবং ছবি পুনর্গঠন (125 x 403 পিক্সেল সমন্বিত একটি ফ্রেমের চিত্রের জন্য মাত্র 403 মিলিসেকেন্ড প্রয়োজন); এবং সহজে পাওয়া যায় এমন 3D ছবি।
এবং এটিই সব নয়: দলটি উল্লেখ করেছে যে নতুন পদ্ধতি বাস্তবায়নের জন্য একটি প্রচলিত লেজার স্ক্যানিং মাইক্রোস্কোপি সেটআপে শুধুমাত্র একটি তুলনামূলকভাবে সহজ অ্যাকোস্টিক মডিউল (একটি আল্ট্রাসাউন্ড ট্রান্সডুসার এবং একটি ট্রান্সডুসার-ড্রাইভিং সিস্টেম) যোগ করা প্রয়োজন। কৌশলটি অন্যান্য লেজার স্ক্যানিং মাইক্রোস্কোপি কৌশল যেমন মাল্টিফোটন এবং ফটোঅ্যাকোস্টিক মাইক্রোস্কোপিতেও প্রসারিত হতে পারে।
আল্ট্রাসাউন্ড এবং হালকা একত্রিত করা সহজ
"আমি ব্যক্তিগতভাবে বিশ্বাস করি যে হাইব্রিড প্রযুক্তির বিকাশ নতুন গবেষণার দিকগুলির মধ্যে একটি, এবং আল্ট্রাসাউন্ড এবং আলো একে অপরের অসুবিধাগুলিকে পরিপূরক করার সময় তাদের সুবিধাগুলি সর্বাধিক করার জন্য একত্রিত করা তুলনামূলকভাবে সহজ," চ্যাং বলেছেন। "আল্ট্রাসাউন্ডের ক্ষেত্রে কাজ করা গবেষকরা দীর্ঘদিন ধরে জানেন যে শক্তিশালী আল্ট্রাসাউন্ড জৈবিক টিস্যুতে গ্যাসের বুদবুদ তৈরি করতে পারে এবং তারা টিস্যুর ক্ষতি না করে সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে যেতে পারে।"
কেরকার বিচ্ছুরণ সাবঅ্যাটমিক নির্ভুলতার সাথে কণাগুলিকে সনাক্ত করে
ডিজিআইএসটি-এর অপটিক্স বিশেষজ্ঞ টিমের সদস্য জে ইউন হাওয়াং-এর সাথে আলোচনার সময় পরীক্ষার জন্য ধারণাটি এসেছে। চিন্তা ছিল যে আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত গ্যাস বুদবুদগুলি একটি অপটিক্যাল ক্লিয়ারিং এজেন্ট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে যদি তারা আগ্রহের এলাকায় ঘনভাবে প্যাক করা বুদবুদ তৈরি করতে পারে। "প্রচলিত অপটিক্যাল ক্লিয়ারিং এই সত্যের উপর নির্ভর করে যে টিস্যুতে আলো বিচ্ছুরণের প্রতিসরণকারী সূচকগুলি একে অপরের অনুরূপ হলে অপটিক্যাল স্ক্যাটারিং ন্যূনতম হয়," চ্যাং ব্যাখ্যা করে। "রাসায়নিক এজেন্টদের স্ক্যাটারারের উচ্চ প্রতিসরণ সূচক কমাতে নিযুক্ত করা হয় যাতে এটি টিস্যুর কাছে পৌঁছায়।"
ডিজিআইএসটি টিমের মতে, এই কৌশলটি উচ্চ-রেজোলিউশনের মস্তিষ্কের টিস্যু ইমেজিং, অ্যালঝাইমার রোগের প্রাথমিক নির্ণয়ের জন্য এবং এন্ডোস্কোপ প্রযুক্তির সংমিশ্রণে ক্যান্সার টিস্যুর সুনির্দিষ্ট নির্ণয়ের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। "আমি এটাও বিশ্বাস করি যে এই অধ্যয়নের মূল ধারণাটি অপটিক্যাল থেরাপিতে প্রয়োগ করা যেতে পারে, যেমন ফটোথার্মাল এবং ফটোডাইনামিক থেরাপির কার্যকারিতা উন্নত করার জন্য কারণ তারা সীমিত আলোর অনুপ্রবেশের শিকার হয়," চ্যাং বলেছেন।
