Egyre megszokottabb látvány a világ kórházaiban:
a nővérek megmérik a súlyunkat, magasságunkat, vérnyomásunkat,
majd egy csillogó műanyagcsipeszt tesznek az ujjunkra.
Egyszer csak egy digitális kijelző leolvassa vérünk oxigénszintjét.
Hát ez meg hogy történt?
Hogy képes egy műanyagcsipesz bármit kiolvasni a vérünkből...
vérminta nélkül?
Íme, a trükk nyitja:
testünk átlátszó,
vagyis nem teljesen nyeli el és tükrözi vissza a fényt.
Valamennyi fény átjut a bőrön,
izmokon és ereken.
Nem hiszik el?
Tartsanak egy zseblámpát a hüvelykujjukhoz.
Mint kiderült, a fény segíthet testünk belsejének feltárásában.
Figyeljük meg ezt az orvosi ujjcsipeszt –
pulzoximéter a neve.
Belégzéskor a tüdő oxigént szállít a hemoglobin molekulákba,
a pulzoximéter pedig méri az oxigénmentes és oxigénnel telített hemoglobin arányát.
Úgy működik, hogy az ujjcsipesz az egyik oldalán apró vörös LED-fényt bocsát ki,
a másik oldalán kis fényérzékelő van.
Amikor a LED átvilágítja az ujjat,
az oxigénmentes hemoglobin az erekben erősebben nyeli el a vörös fényt,
mint az oxigénnel átjárt molekulák.
A túloldalon megjelenő fénymennyiség
a két hemoglobintípus koncentrációjának arányától függ.
De minden betegnek eltérő méretű erek futnak az ujjában.
Az egyik betegnél 95 százalékos mérték olvasható le
az egészséges oxigénszintnek megfelelően,
a másiknak viszont kisebbek az artériái,
ugyanaz az olvasat esetleg veszélyesen félreértelmezné az aktuális oxigénszintet.
Ez kiküszöbölhető egy második, infravörös hullámhosszú LED-del.
A fény széles spektrumú hullámhosszon belül érkezik be,
az infravörös fény pedig kívül esik a látható színek tartományán.
Minden molekula, beleértve a hemoglobint is,
eltérő hatékonysággal nyeli el a fényt ezen a spektrumon belül.
Így a vörös és az infravörös fényelnyelés kontrasztja vegyi azonosítóként segíti elő
az erek méretéből adódó mellékhatások kiküszöbölését.
Ma a feltörekvőben lévő orvosi szenzoripar
a precíziós vegyi azonosítás egészen új szintjeit tárja fel
a milliméter tizedrészénél nem nagyobb, parányi fényszabályozó műszerekkel.
Ez az integrált fotonika nevű
mikroszkópos technológia
szilíciumhuzalokból áll, melyek úgy vezetik a fényt,
mint csövek a vizet:
átirányítható, újraalakítható, ideiglenesen vissza is tartható.
Egy kerek szilíciumhuzalból álló gyűrűrezonátor eszköz
fénycsapdaként működve segíti elő a vegyi azonosítást.
A szilíciumhuzal közelébe egy gyűrűt helyeznek,
mely bizonyos fényhullámokat elnyel és ideiglenesen tárol –
azokat, melyek hullámhosszuk alapján teljes periódusokkal illeszkednek
a gyűrű kerületére.
Itt ugyanaz a hatás érvényesül, mint amikor gitárt pengetünk.
Egy adott hosszúságú húrt csak bizonyos rezgésminták uralnak,
ez adja ki az alapdallamot és a felhangokat.
A gyűrűrezonátorokat eredetileg
különböző fényhullámhosszok hatékony terelésére tervezték
száloptikás kommunikációs hálózatban –
ezek mindegyike egy-egy digitális adatcsatorna.
Ám egyszer majd talán ezt a fajta adatforgalmazást
miniatűr vegyi azonosító laborokban fogják alkalmazni,
fillér méretű chipeken.
Ezek a jövőbeli chipekre integrált laboratóriumok gyorsan
és beavatkozásmentesen, emberi nyál vagy verejték elemzésével,
orvosi rendelőkben vagy saját kényelmes otthonainkban
mutatják majd ki a kórokozókat.
Az emberi nyál különösen jól tükrözi
testünk fehérje- és hormontartalmának összetételét,
és korai figyelmeztető jeleket ad bizonyos ráktípusokról,
valamint fertőzésekről és autoimmun betegségekről.
Egy betegség pontos meghatározásához a chipekre integrált laborok
sokféle módszerre támaszkodhatnak,
például a vegyi azonosításra,
egyetlen csepp köpetből nagy mennyiségű nyomelem kiszűrhető.
A nyálban lévő sokféle biomolekula azonos hullámhosszon nyeli el a fényt –
de mindegyiknek eltérő a vegyi lenyomata.
Egy chip-laboratóriumban, miután a fény áthalad egy nyálmintán,
finomra hangolt gyűrűkből álló elem
külön kiszűrheti az enyhén eltérő fényhullámhosszt,
és átküldheti a partner fényérzékelőnek.
E fényérzékelők sorozata fogja kiértékelni
a minta összegzett vegyi lenyomatát.
Ebből az információból egy apró chip-számítógép,
mely különböző molekulák vegyi lenyomatának gyűjteményét tartalmazza,
kielemezheti relatív koncentrációjukat,
és segíthet diagnosztizálni egy bizonyos betegséget.
Az emberiség a globális kommunikációtól a chip-laborokig
új módon használja fel a fényt, infótovábbításra és -szerzésre is.
A fény átvilágító képessége új felfedezésekkel kápráztat el minket.