باکتری‌هایی که بر روی دریا و دریاچه‌ها شناورند، با پراکنده‌کردن نور باعث می‌شوند اعماق آب تاریک به نظر بیاید؛ اما اگر پرتو لیزر پرقدرتی به درون آب بتابانیم، همان باکتری‌ها با عبور نور همانند یک موج‌بر عمل می‌کنند و روشنایی درون آب را افزایش می‌دهند.
به گزارش دیده بان علم ایران، گروهی از پژوهش‌گران دریافته‌اند که این اثر خودمتمرکزکننده علاوه بر باکتری‌های موجود در آب، در باکتری‌های موجود در سلول‌های خونی نیز وجود دارد.
تلاش‌های آینده برای کنترل این اثر می‌تواند دریچه‌های بزرگی را در عکس‌برداری از نمونه‌های زیستی به روی دانشمندان بگشاید.
متخصصان فیزیک ماده‌چگال‌نرم در تلاش‌اند از طریق نور برای دست‌کاری اشیایی چون نانوذرات و میکروارگانیسم‌ها، که با یک سیال احاطه شده‌اند، استفاده کنند. برای مثال، این روشِ کنترل می‌تواند یک واکنش شیمیایی یا زیستی را درون یک سیستم راه‌اندازی کند. پدیده‌ای که ممکن است این تلاش را تقویت یا تضعیف نماید، اثر خودمتمرکزکننده است، یک اثر غیرخطی که در زمانی که ذرات احاطه‌شده با سیال دارای ضریب شکست بالاتری از سیال داشته‌باشند رخ می‌دهد.
وقتی که پرتو نور از درون ذرات می‌گذرد، ذرات به خاطر گرادیان نیروی اپتیکی که از اثر بیان‌شده به‌وجود می‌آید، به طرف مرکز چگال سیستم کشیده می‌شوند. در نتیجه چگالی بالای ذرات دارای ضریب شکست بالا در طول راستای پرتو ورودی جمع می‌شوند و مانند یک عدسی نور را در یک نقطه متمرکز می‌کنند. ژیگانگ چن از دانشگاه ایالت سانفرانسیسکو در سال ۲۰۱۳ به همراه همکارانش از یک نانوذره پلیمری استفاده کردند تا نشان دهد که می‌توان از این تجمع نور جلوگیری کرد و در عوض از ذرات برای تشکیل یک پرتو نازک نور به نام سوزن نوری needle of light استفاده کرد.
در ابتدا تصور نمی‌شد که خودمتمرکزکنندگی در سلول‌های زیستی وجود داشته باشد؛ به این خاطر که ضریب شکست آنها نسبت به آب محیط بسیار کوچک است و در نتیجه گرادیان نیروی موجود در آنها بسیار از نیروی باکتری‌ها ضعیف‌تر است.
به نوشته تارنمای انجمن فیزیک ایران، یکی از راه‌های افزایش این نیرو زیاد کردن شدت نور است، که خطر سوختن سلول‌ها را در پی دارد. گروه تحقیقاتی چن، به دنبال مشاهده این اثر در نوعی از سیانورباکتری‌ها به نام سینکوکوس که در محیط‌های مجاور اقیانوس یافت می‌شوند.
علي‌رغم همه ميكروارگانيسم‌ها كه در جهت نور حركت مي‌كنند، باكتري‌هاي اين نژاد قادر به حركت نمي‌باشند.
اعضاي گروه تحقيقاتي غلظت‌هاي متفاوت از اين باكتريها را با آب دريا در لوله‌هايي با طول ٤ سانتيمتر قرار دادند و پرتوهاي ليزر با پهناي ٥٠ ميكرومتر به درون هر كدام تاباندند.
پهنای اين پرتو در لوله بدون باكتري به خاطر شكست نور به٦٥٠ ميكرومتر رسيد. در لوله‌هايي كه باكتري وجود داشت، دو اتفاق متفاوت با توجه به توان ليزر مشاهده شد. در توان‌هاي حدود یک‌دهم وات پهناي پرتو دو برابر شد و به هزارودویست‌وپنجاه میکرومتر رسيد. ولي در توان‌هاي حدود ٣ وات پرتو به حالت سوزن‌شكل با پهناي ٢٠٠ ميليمتر درآمد.
محققان براي توضيح اين پديده يك مدل نظری كه علاوه بر نيروهاي اپتيكي، نيروي ناشي از فشار تابش را هم در نظر گرفتند. نيروي تابش تاثير كمي روي نانوذرات دارد. ولي باكتريها به دليل دارا بودن ساختار سلولی دروني نور بيشتري را پراكنده مي‌كنند، در نتيجه فشار تابشي تاثير زيادي به روي آنها مي‌گذارد. شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد كه برايند نيروهاي فشاري و كششي وارد بر باكتريها باعث مي‌شود كه آنها تشكيل يك فيبر بدهند و با اين كار مانع پخش‌شدن نور شوند.
محققان اين اثر را در باكتري كلي كه در سلول‌هاي خوني موجود است، مشاهده كرده‌اند و دريافتند كه با استفاده از اثر خودمتمركزكنندگي ميتوان انرژي و اطلاعات را از طريق نور در درون بدن انتقال داد. بسياري از پژوهش‌گران در سرتاسر دنيا با استفاده از نمونه‌هاي آزمايشي در پي عملي‌كردن اين ايده مي‌باشند.
انتهای پیام