W ubiegłym tygodniu na Politechnice Wrocławskiej rozpoczęła działalność grupa badawcza specjalizująca się w budowie ultraszybkich laserów. Badania odbywają się w ramach prestiżowego programu Max Planck Partner Group, a pokieruje nimi laureat programu Polskie Powroty, dr Maciej Kowalczyk z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów.
Laboratorium uroczyście otworzył prof. Ferenc Krausz, dyrektor Instytutu Optyki Kwantowej Maxa Plancka w Monachium oraz laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za utworzenie nowych narzędzi do badania świata elektronów wewnątrz atomów i cząsteczek.
Prof. Krausz będzie stale współpracował z grupą badawczą dr Macieja Kowalczyka pod skrzydłami Max Planck Institute of Quantum Optics, a Towarzystwo Maxa Plancka przekaże na tę działalność grant w wysokości 100 000 euro. – Naszym zadaniem będzie rozwijanie zagadnień związanych z laserami generującymi femtosekundowe impulsy laserowe w zakresie średniej podczerwieni – mówi dr Maciej Kowalczyk. – Skupimy się przede wszystkim na stabilizacji tych źródeł laserowych, aby mogły być wykorzystywane w Max Planck Institute of Quantum Optics do spektroskopowych badań próbek ludzkiej krwi pod kątem diagnostyki chorób nowotworowych. [1]
Mówiąc prostszym językiem chodzi o to, aby móc ocenić stan zdrowia pacjenta pod kątem chorób nowotworowych na podstawie laserowego pomiaru próbki krwi, co pozwoli na obserwację drobnych, specyficznych zmian w jej składzie, a w rezultacie wykrywanie choroby w jej bardzo wczesnym stadium. Zdobycze odkryć w dziedzinie fizyki w medycynie wykorzystuje się już dzisiaj – przede wszystkim do obrazowania zmian chorobowych oraz naświetlaniu.
Badanie, które prowadzi zespół prof. Krausza opiera się na specjalnej metodzie spektroskopii, polegającej na oświetlaniu próbki krwi bardzo krótkimi impulsami laserowymi z zakresu spektralnego średniej podczerwieni, w którym możliwa jest absorbcja światła przez cząsteczki próbki. Wzbudzone absorbcją cząsteczki emitują pole elektromagnetyczne, którego fala podąża za impulsem laserowym. Za pomocą technik optyki nieliniowej możliwy jest pomiar tego sygnału molekularnego. Wynik pomiaru może służyć do identyfikacji jakiejś unikalnej grupy molekuł – fizycy mówią wręcz o „molekularnym odcisku palca”. Posiadając odpowiednio dużą bazę takich „molekularnych odcisków”, pochodzących od osób zdrowych i chorych, będziemy w stanie je klasyfikować i porównywać w celu wykrycia markerów chorobowych, a także stworzyć technikę umożliwiającą określenie przynależności do grupy ryzyka i nieinwazyjnej diagnostyki przesiewowej.
W ramach projektu prowadzonego w Polsce naukowcy będą rozwijać lasery impulsowe, generujące ultrakrótkie i ultrastabilne impulsy o długości pojedynczych femtosekund (1 fs = 10-15 s) w zakresie spektralnym średniej podczerwieni, które będzie można wykorzystać w badaniach nad „molekularnymi odciskami palców” we współpracy z Instytutem Maxa Plancka. Lasery te będą wykorzystywane do badań nad próbkami krwi, prowadzonymi przez zespół prof. Ferenca Krausza w Max Plank Institute of Quantum Optics.
Grupą badawczą pokieruje dr Maciej Kowalczyk, laureat programu Polskie Powroty NAWA, który wrócił do kraju po zakończeniu stażu podoktorskiego w grupie prof. Ferenca Krausza na Uniwersytecie Ludwika i Maksymiliana w Monachium oraz w Instytucie Maxa Plancka Optyki Kwantowej w Garching.
Badania te otwierają nową erę fizyki attosekundowej, zarówno w obszarze elektroniki jak i medycyny, znajdując jej praktyczne zastosowanie w tych dziedzinach. Być może w przyszłości odmieniając nasze codzienne życie.
Więcej o badaniach i programie Polskie Powroty w Radio LUZ oraz na Polskie Powroty.
Instytut Optyki Kwantowej Maxa Plancka zajmuje się badaniami nad interakcjami światła i układów kwantowych w takich obszarach badawczych jak materia kwantowa w ekstremalnie niskich temperaturach, podstawy optyki kwantowej, fizyka attosekundowa i wysokich pól: eksperymenty w ekstremalnie krótkich skalach czasowych, eksperymenty z pojedynczymi fotonami i atomami czy precyzyjna spektroskopia wodoru i atomów wodoropodobnych.
Towarzystwo Maxa Plancka - Max-Planck-Gesellschaft (MPG) to niezależna niemiecka instytucja naukowo-badawcza o charakterze non-profit, utworzona w 1948 r. i finansowana z budżetu federalnego; jedna z najbardziej prestiżowych organizacji prowadzących działalność badawczo-rozwojową na świecie, koordynująca prace siedemdziesięciu ośmiu niezależnych instytutów umiejscowionych w różnych miejscowościach w Niemczech i innych krajach europejskich (m.in. w Rzymie i Florencji). Każdy z instytutów zajmuje się badaniami w jednej dziedzinie nauki.
[1] Cytat za: https://pwr.edu.pl/uczelnia/aktualnosci/nowe-laboratorium-i-otwarty-wyklad-wizyta-prof-ferenca-krausza-zdjecia-13099.html