211service.com
Tämja Terahertz
Precis som röntgenteknik kom på 1890-talet - vilket gjorde det möjligt för läkare att titta under köttet för att se ben och organ - en annan lovande bildteknik växer nu fram från en underutnyttjad del av det elektromagnetiska spektrumet: terahertz-frekvenserna. Dessa så kallade t-strålar kan, precis som röntgenstrålar, se igenom de flesta material. Men t-strålar tros vara mindre skadliga än röntgenstrålar. Och olika föreningar svarar olika på terahertzstrålning, vilket innebär att ett terahertzbaserat bildsystem kan urskilja ett dolt föremåls kemiska sammansättning. Tack vare denna kraft blir terahertz-avbildningen hetare och hetare, säger Xi-Cheng Zhang, en terahertz-pionjär vid Rensselaer Polytechnic Institute. Potentiella tillämpningar sträcker sig från att upptäcka tumörer till att hitta plastsprängämnen. Och eftersom t-strålar penetrerar papper och kläder, kunde en terahertzkamera upptäcka dolda vapen.
Terahertz-frekvenser är svåra att producera och upptäcka. De är högre än mikrovågor men lägre än infrarött ljus. Du är aldrig säker på om du ska använda elektronikbaserad eller optikbaserad teknik, säger Martyn Chamberlain från University of Leeds i England, en ledande terahertz-forskare. De terahertzkällor som nu finns på marknaden tenderar att sända ut många frekvenser samtidigt, vilket begränsar deras användbarhet. Under det senaste året har dock flera forskningsprojekt gjort betydande framsteg när det gäller att utveckla enheter som producerar t-strålar inom ett smalt frekvensband - ett krav för exakt kemisk avkänning och medicinsk avbildning.
Den här historien var en del av vårt juninummer 2003
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Ett sådant system, tillverkat av Brattleboro, VT-baserade Vermont Photonics, fungerar genom att skicka en elektronstråle över den mikroskopiskt krusade ytan på en ledare, såsom aluminium; strålen får elektroner i ledaren att röra sig upp och ner i vågorna, en rörelse som skakar lösa t-strålar. Att ändra energin hos elektronstrålen ändrar också den genererade terahertzfrekvensen, säger Vermont Photonics medgrundare Michael Mross. Företaget inriktar sitt instrument främst på att observera interaktioner som involverar biomolekyler för tillämpningar som läkemedelsupptäckt. Ett annat tillvägagångssätt är något som kallas kvantkaskadlasern, en snygg bit av halvledarteknik som används för att producera infrarött ljus. Att flytta tekniken till terahertz-serien kräver utsökt exakt kontroll över materialen. Förra året demonstrerade Qin Hu, en elektroingenjör vid MIT, en kvantkaskadlaser som producerar en kontinuerlig terahertzstråle vid en väldefinierad frekvens.
Ett hålrum visas tydligt som ett rosa område i en tands terahertz-bild (höger).(Bild med tillstånd av Teraview)
Den mest kortsiktiga tillämpningen av terahertz-teknologi är inom medicinsk bildbehandling. I en ambitiös ansträngning har TeraView, ett företag baserat i Cambridge, England, använt terahertz-avbildning för att upptäcka hudcancer som undviker annan bildbehandlingsteknik, särskilt tumörer som bildas osynligt under hudens yta. T-strålar kan också identifiera okända biologiska material, eftersom biomolekyler naturligt vibrerar vid terahertz-frekvenser, och var och en har ett distinkt terahertz-fingeravtryck. Med andra ord absorberar specifika proteiner vissa karakteristiska t-strålefrekvenser, som ändrar deras molekylära arrangemang eller konformation; sensorer kan sedan övervaka denna absorption för att indikera proteinets identitet. Livet är en terahertz-process, säger Chamberlain. En potentiell tillämpning är automatiserad identifiering av biologiska krigföringsmedel, såsom mjältbrand. En annan är en t-ray kemisk sensor, som skulle dra fördel av det faktum att andra stora molekyler, såsom polymerer, också svarar på terahertzvågor på karakteristiska sätt. En terahertzkamera byggd av QinetiQ i Farnborough, England, tar kusligt invasiva bilder av människor genom deras kläder.
Men interaktionen mellan t-strålar och proteiner väcker frågan om hur säker mänsklig exponering är. Europeiska unionen sponsrar ett program, kallat Terahertz Bridge, för att studera just detta. De preliminära resultaten har varit uppmuntrande; forskare har inte sett några bevis för irreversibel, röntgenliknande vävnadsskada från de doser av t-strålar som skulle användas för kroppslig avbildning. Än så länge är det säkert, säger Gian Piero Gallerano, koordinator för Terahertz Bridge.
Medan forskare går igenom förvrängningar för att producera t-strålar, har naturen det mycket lättare. Terahertzstrålning fortsätter att spridas i rymden från dess ursprung i Big Bang. Säger Chamberlain, Universum är fullt av sånt här. Snart kan människor börja använda det praktiskt.