Aplikasi Laser Femtosecond dalam Kedokteran

A Laser Femtodetikadalah perangkat penghasil "cahaya pulsa ultra-pendek" yang memancarkan cahaya dalam waktu sangat singkat, hanya sekitar sepertriliun detik. Fei adalah singkatan dari awalan femto dalam Sistem Satuan Internasional, dan 1 femtosekon=1×10^-15 detik. Yang disebut cahaya pulsa hanya memancarkan cahaya sesaat. Waktu pancaran cahaya lampu kilat kamera adalah sekitar 1 mikrodetik, sehingga cahaya pulsa ultra-pendek femtodetik hanya memiliki sekitar sepersejuta waktunya untuk memancarkan cahaya. Seperti yang kita ketahui bersama, kecepatan cahaya terbang dengan kecepatan tak tertandingi yaitu 300,000 kilometer per detik (mengitari bumi tujuh setengah kali dalam satu detik). Namun dalam satu femtodetik, cahaya hanya maju 0,3 mikron.

Biasanya, kami menggunakan fotografi flash untuk menangkap keadaan objek bergerak secara instan. Demikian pula, jika Anda menggunakan laser femtosecond untuk berkedip, setiap bagian dari reaksi kimia yang terjadi dengan kecepatan tinggi dapat dilihat. Untuk melakukan hal ini, laser femtosecond dapat digunakan untuk mempelajari misteri reaksi kimia.

Reaksi kimia umum berlangsung setelah melewati keadaan peralihan dengan energi tinggi, yang disebut "keadaan teraktivasi". Keberadaan keadaan teraktivasi secara teoritis telah diprediksi oleh ahli kimia Arrhenius sejak tahun 1889, namun karena keberadaannya dalam waktu yang sangat singkat, maka keadaan tersebut tidak dapat diamati secara langsung. Namun keberadaannya dibuktikan secara langsung pada akhir tahun 1980-an dengan laser femtosecond, sebuah contoh penggunaan laser femtosecond untuk menentukan reaksi kimia. Misalnya, molekul siklopentanon terurai menjadi karbon monoksida dan 2 molekul etilen dalam keadaan aktif.

Saat ini, laser femtosecond juga digunakan di berbagai bidang seperti fisika, kimia, ilmu hayati, kedokteran, dan teknik. Secara khusus, kombinasi cahaya dan elektronik diharapkan dapat membuka berbagai kemungkinan baru di bidang komunikasi, komputer, dan energi. Hal ini karena intensitas cahaya dapat mengirimkan informasi dalam jumlah besar dari satu tempat ke tempat lain hampir tanpa kehilangan, sehingga membuat komunikasi optik menjadi lebih cepat. Di bidang fisika nuklir, laser femtosecond telah memberikan dampak yang sangat besar. Karena cahaya berdenyut mempunyai medan listrik yang sangat kuat, elektron dapat dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya dalam waktu 1 femtodetik, sehingga dapat digunakan sebagai “akselerator” untuk mempercepat elektron.

Aplikasi dalam Kedokteran
Seperti disebutkan di atas, di dunia dalam waktu femtodetik, bahkan cahaya pun membeku dan tidak dapat bergerak terlalu jauh, namun bahkan pada skala waktu ini, atom dan molekul dalam materi dan elektron di dalam chip komputer masih bergerak di dalam sirkuit. Jika Anda menggunakan pulsa femtosecond Anda dapat menghentikannya seketika dan mempelajari apa yang terjadi. Selain berkedip untuk menghentikan waktu, laser femtosecond juga dapat mengebor lubang mikro pada logam dengan diameter sekecil 200 nanometer (dua per sepuluh ribu milimeter). Ini berarti bahwa cahaya pulsa ultra-pendek yang dikompresi dan dikunci di dalam dalam waktu singkat menghasilkan efek keluaran ultra-tinggi yang luar biasa tanpa menyebabkan kerusakan tambahan pada lingkungan sekitar. Selain itu, cahaya berdenyut dari laser femtosecond dapat menangkap gambar objek tiga dimensi dengan detail yang sangat halus. Fotografi gambar stereoskopis sangat berguna dalam diagnosis medis, sehingga membuka bidang penelitian baru yang disebut tomografi interferensi optik. Ini adalah gambar tiga dimensi dari jaringan hidup dan sel hidup yang ditangkap menggunakan laser femtosecond. Misalnya, gelombang cahaya yang sangat pendek diarahkan ke kulit. Cahaya nadi dipantulkan pada permukaan kulit, dan sebagian cahaya nadi dipancarkan ke dalam kulit. Bagian dalam kulit terdiri dari banyak lapisan. Cahaya nadi yang masuk ke kulit dipantulkan kembali sebagai cahaya nadi kecil. Dari gema berbagai denyut cahaya yang dipantulkan tersebut, struktur internal kulit dapat diketahui.

Selain itu, teknologi ini memiliki kepraktisan yang luar biasa dalam pengobatan mata, karena mampu menangkap gambar tiga dimensi retina jauh di dalam mata. Hal ini memungkinkan dokter untuk mendiagnosis masalah pada jaringan mereka. Pemeriksaan semacam ini tidak terbatas pada mata saja. Jika laser dikirim ke dalam tubuh menggunakan serat optik, maka dapat memeriksa seluruh jaringan berbagai organ dalam tubuh. Di masa depan, bahkan mungkin untuk mendeteksi apakah penyakit tersebut telah berubah menjadi kanker.

Mewujudkan jam yang sangat presisi
Para ilmuwan percaya bahwa jika cahaya tampak digunakan untuk membuat jam laser femtosecond, jam tersebut akan mampu mengukur waktu lebih tepat daripada jam atom, dan akan menjadi jam paling akurat di dunia dalam beberapa tahun mendatang. Jika jamnya akurat, keakuratan GPS (Global Positioning System) yang digunakan untuk navigasi mobil juga sangat meningkat.

Mengapa cahaya tampak dapat menghasilkan jam yang akurat? Semua jam dan arloji sangat diperlukan untuk pergerakan pendulum dan roda gigi. Melalui ayunan pendulum dengan frekuensi getaran yang tepat, roda gigi berputar selama beberapa detik, tidak terkecuali jam yang akurat. Oleh karena itu, untuk membuat jam lebih akurat maka perlu digunakan pendulum dengan frekuensi getaran yang lebih tinggi. Jam kuarsa (jam yang menggunakan osilasi kristal dan bukan pendulum) lebih akurat daripada jam pendulum karena resonator kuarsa berosilasi lebih sering per detik.

Jam atom cesium yang saat ini digunakan sebagai standar waktu memiliki frekuensi osilasi sekitar 9,2 gigahertz (awalan satuan internasional gigahertz, 1 gigahertz=10^9). Jam atom menggunakan frekuensi osilasi alami atom cesium dan menggantikan pendulum dengan gelombang mikro yang frekuensi osilasinya konsisten. Akurasinya hanya satu detik dalam puluhan juta tahun. Sebaliknya, cahaya tampak memiliki frekuensi osilasi 100,000 hingga 1,000,000 kali lebih tinggi dibandingkan frekuensi osilasi gelombang mikro. Artinya, energi cahaya tampak dapat digunakan untuk membuat jam presisi yang jutaan kali lebih akurat dibandingkan jam atom. Jam paling akurat di dunia yang menggunakan cahaya tampak kini telah berhasil dibuat di laboratorium.

Teori relativitas Einstein dapat dibuktikan dengan bantuan jam yang tepat ini. Kami menempatkan satu jam yang akurat di laboratorium dan yang lainnya di kantor di lantai bawah, dan mempertimbangkan situasi yang mungkin terjadi. Setelah satu atau dua jam, hasilnya sesuai prediksi teori relativitas Einstein. Karena keduanya terdapat "medan gravitasi" yang berbeda di antara lantai, sehingga kedua jam tidak lagi menunjuk ke waktu yang sama, dan jam di bawah berjalan lebih lambat daripada jam di atas. Jika jam yang lebih akurat digunakan, mungkin bahkan jam tangan yang dikenakan di pergelangan tangan dan pergelangan kaki akan menunjukkan waktu yang berbeda pada hari itu. Kita bisa merasakan pesona relativitas dengan bantuan jam yang akurat.

kecepatan cahaya memperlambat teknologi
Pada tahun 1999, Profesor Rainer Howe dari Universitas Hubbard di Amerika Serikat berhasil memperlambat kecepatan cahaya hingga 17 meter per detik, kecepatan yang dapat dicapai oleh mobil, dan kemudian berhasil memperlambat cahaya hingga kecepatan yang bahkan dapat dicapai oleh sepeda. Eksperimen ini melibatkan penelitian paling mutakhir di bidang fisika. Artikel ini hanya memperkenalkan dua kunci keberhasilan eksperimen. Salah satunya adalah dengan membangun "awan" atom natrium bersuhu sangat rendah mendekati nol mutlak (-2730,15 derajat ), suatu keadaan gas khusus yang disebut kondensat Bose-Einstein. Yang lainnya adalah laser yang mengatur frekuensi getaran (laser kontrol), dan menggunakannya untuk menerangi awan atom natrium, dan sesuatu yang luar biasa terjadi.

Para ilmuwan pertama kali menggunakan laser kontrol untuk memampatkan cahaya pulsa di awan atom dan memperlambatnya secara ekstrim. Kemudian mereka mematikan laser kontrol dan lampu pulsa menghilang. Informasi yang dibawa oleh pulsa cahaya disimpan dalam awan atom. . Kemudian disinari dengan laser yang dikendalikan, dan cahaya pulsa dipulihkan dan keluar dari awan atom. Hasilnya, pulsa yang semula terkompresi melebar kembali dan kecepatannya pulih kembali. Seluruh proses memasukkan informasi cahaya berdenyut ke dalam awan atom sangat mirip dengan membaca, menyimpan, dan mengatur ulang di komputer. Oleh karena itu, teknologi ini dapat membantu mewujudkan realisasi komputer kuantum.

Dari dunia "femtosecond" ke "attosecond"

Femtodetik berada di luar imajinasi kita. Sekarang kita memasuki dunia attodetik, yang lebih pendek dari femtodetik. Ah adalah singkatan dari awalan "atto" dari Sistem Satuan Internasional. 1 attodetik=1×10^-18 detik=seperseribu femtodetik. Pulsa attodetik tidak dapat dibuat dengan cahaya tampak karena pemendekan pulsa memerlukan penggunaan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek. Misalnya, jika Anda ingin membuat pulsa menggunakan cahaya tampak merah, tidak mungkin membuat pulsa lebih pendek dari panjang gelombang tersebut. Cahaya tampak mempunyai batasan sekitar 2 femtodetik, sehingga pulsa attodetik menggunakan sinar X atau sinar gamma dengan panjang gelombang lebih pendek. Tidak jelas apa yang akan ditemukan di masa depan dengan menggunakan pulsa sinar-X attosecond. Misalnya, menggunakan kilatan attodetik untuk memvisualisasikan biomolekul memungkinkan kita mengamati aktivitasnya dalam skala waktu yang sangat singkat dan mungkin mengidentifikasi struktur biomolekul.

Kontak informasi:

Jika Anda punya ide, jangan ragu untuk berbicara dengan kami. Tidak peduli di mana pelanggan kami berada dan apa kebutuhan kami, kami akan mengikuti tujuan kami untuk menyediakan pelanggan kami dengan kualitas tinggi, harga murah, dan layanan terbaik.