نانولیزرها در دندان‌پزشکی

مجید جویا: به زودی امواج لیزر بسیار باریک‌تر از امواج کنونی خواهند شد. گروه‌های تحقیقاتی مستقل توانسته‌اند دو راه کاملا متفاوت را برای متمرکز کردن امواج لیزر در ابعاد نانو بیابند؛ گروه اول با خلق ابزاری کروی به قطر 44 نانومتر می‌خواهد لیزر را باریک کند، و گروه دیگر می‌تواند لیزر را تا حدی متمرکز کند که از سوراخی به قطر فقط 5 نانومتر بگذرد.

به گزارش نیوساینتیست، عموما، منابع امواج الکترومغناطیسی نمی‌توانند یک موج را تا کمتر از نصف طول موج آن متمرکز کنند. برای طول موج امواج در طیف مرئی نور، این مقدار بین 190 تا 350 نانومتر است. برای کوچک‌تر شدن موج، گروه‌ها از شبه ذراتی استفاده کردند که پلاسمون سطحی (نوسان‌های چگالی الکترون‌ها روی یک سطح فلزی) نامیده می‌شوند و این توانایی را دارند که نور را جذب کنند، در سطح حرکت کنند و انرژی را بازتاب دهند. آنها خیلی از طول‌موج امواج مرئی کوچک‌تر هستند و در نتیجه می‌توان با استفاده از آنها، لیزر را در محدوده‌ای کوچک‌تر در اختیار داشت.

نکته اصلی در استفاده از آنها در یک لیزر، ترکیب آنها با یک واسطه است که بتواند نور آنها را تقویت کند.

صفحه نقره
«لیزر پلاسمونیک» که توسط گروه تحقیقاتی به رهبری ژیانگ ژانگ در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی ساخته شده، از یک لیزر نوری برای ایجاد پلاسمون‌های سطحی در یک سیم نانو استفاده می‌کند که مخصوص این ابزار طراحی شده و از تارهای کادمیوم سولفاید تابیده شده به هم با ضخامت 50 تا 100 نانومتر تشکیل شده است.

این سیم روی یک صفحه فلز نقره قرار می‌گیرد که با لایه‌ای عایق پوشیده شده است. پلاسمون‌های سطحی روی سطح نقره ایجاد می‌شوند و سیم که آنها را نگاه می‌دارد، نقش تقویت کننده این پلاسمون‌ها را قبل از اینکه نور خود را آزاد کنند بازی می‌کند.

محققان نور لیزری را با طول موج 489 نانومتر ایجاد کردند و با استفاده از این روش توانستند آن را به حدی متمرکز کنند که از شکافی به قطر 5 نانومتر بگذرد.

در پژوهشی دیگر و به طور کاملا مستقل از این گروه، گروه دیگری که زیر نظر میخاییل ناگینوف از دانشگاه ایالتی نورفولک در ویرجینیا کار می‌کردند، توانستند دستگاهی بسازند که خود آن را اسپیزر نامبدند. این دستگاه پلاسمون‌های سطحی را با روشی تقویت می‌کند که شبیه تقویت نور توسط لیزر است.

گوی‌های طلایی
این روش از گوی‌های طلایی به قطر 14 نانومتر استفاده می‌کند که لایه‌ای 15 نانومتری از مولکول‌های رنگ با پوشش سیلیکا آن را پوشانده است. هنگامی که این گوی‌ها در آب قرار داده شوند و با استفاده از یک لیزر خارجی تحریک شوند، پوشش آن‌ها واکنش می‌دهد تا پلاسمون‌ها را نگاه دارد و تقویت کند تا این‌که انرژی خود را به صورت فوتون‌های نور مرئی آزاد کنند.

مارک استاکمن از دانشگاه ایالتی جرجیا در آتلانتا می‌گوید که توانایی برای روشن و خاموش کردن سریع اسپیزر می‌تواند جهت ساخت یک ترانزیستور در ابعاد نانو نیز به کار گرفته شود.

البته این تنها استفاده جدید لیزر نیست. دندان‌پزشک‌ها نیز در آینده‌ای که شاید خیلی دور نباشد، از لیزر استفاده‌های جدیدی خواهند کرد، البته نه به عنوان جایگزین دریل‌های پر سر و صدای دندان‌پزشکی، که برای تشخیص زود هنگام پوسیدگی و منتفی شدن نیاز به استفاده گسترده از این دریل‌ها.

با استفاده از لیزر در دندان‌پزشکی‌ها برای تشخیص دقیق نقاط پوسیدگی سطحی دندان‌ها در مراحل اولیه و قبل از سرایت مشکل به عمق دندان، دیگر نیازی به جلسات طولانی و دردناک دندان‌پزشکی و تحمل دریل‌های وحشتناک برای سوراخ کردن دندان نخواهد بود.

در حال حاضر، دندان‌پزشکان پوسیدگی را با استفاده از عکس‌های اشعه ایکس و ابزارهای فلزی تشخیص می‌دهند، ولی این ابزارها نمی‌توانند وقتی که هنوز پوسیدگی در مراحل اولیه خود در مینای دندان قرار دارد و به راحتی قابل برداشته شدن است، آن را تشخیص دهند. ولی دیوید وانگ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه سیدنی استرالیا، به جای به کار بردن این روش‌ها، بر روی استفاده از امواج صوتی در مینای دندان برای تشخیص زود هنگام مشکل در مینای دندان تحقیق کرد.

امواج کوتاه کم‌انرژی از یک لیزر می‌تواند امواج ضعیف صوتی را در سطح مینای دندان ایجاد کند. در آزمایش‌ها بر روی یک دندان کشیده شده، وانگ این لرزه‌ها را با جمع‌آوری لیزر فروسرخ که از سطح دندان بازتاب داده شده بود، حس کرد. او کشف کرد که تغییرات در جنس مینای دندان که ناشی از پوسیدگی است، بر امواج صوتی تاثیر می‌گذارد و الگوی آنها را تغییر می‌دهد.

به گفته وانگ، قدم بعدی طراحی یک سیستم جمع و جورتر خواهد بود. او می‌گوید: «هدف نهایی ما رسیدن به یک راه سریع، موثر، کم هزینه و غیر مخرب برای ارزیابی زود هنگام تغییر جنس مینا خواهد بود».