बायोफोटोनिक्स: Difference between revisions

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बायोफोटोनिक्स शब्द<ref>{{Citation | title = Handbook of Biophotonics. Vol.1: Basics and Techniques | last1= Popp | first1= Jurgen | last2= Tuchin | first2= Valery | last3= Chiou | first3= Arthur | last4= Heinemann | first4= Stefan H. (eds)|publisher = Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA | year = 2011 | isbn = 978-3-527-41047-7 | page=686 | url = https://www.wiley.com/en-us/Handbook+of+Biophotonics%3A+Vol+1%3A+Basics+and+Techniques%2C+Volume+1%3A+Basics+and+Techniques-p-9783527410477 }}</ref> जीव विज्ञान और [[फोटोन|फोटोनि]]क्स के संयोजन को दर्शाता है, फोटोनिक्स प्रकाश की [[ मात्रा ]] इकाइयों, [[फोटॉनों]] की पीढ़ी, हेरफेर और पहचान का विज्ञान और प्रौद्योगिकी है। फोटोनिक्स [[इलेक्ट्रॉनों]] और फोटॉन से संबंधित है। फोटॉन सूचना प्रौद्योगिकी में एक केंद्रीय भूमिका निभाते हैं, जैसे कि फाइबर ऑप्टिक्स, जिस तरह से [[ इलेक्ट्रानिक्स ]] में इलेक्ट्रॉन करते हैं।
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बायोफोटोनिक्स को जैविक अणुओं, कोशिकाओं और ऊतकों के अध्ययन के लिए ऑप्टिकल तकनीकों, विशेष रूप से इमेजिंग के विकास और अनुप्रयोग के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है।<ref>{{cite journal | last= Goda | first= Keisuke | title= बायोफोटोनिक्स और उससे आगे| journal= APL Photonics | issue= 5| date=2019 | volume= 4 | page=050401| issn=2378-0967|doi = 10.1063/1.5100614| bibcode= 2019APLP....4e0401G |doi-access= free}}</ref> बायोफोटोनिक्स बनाने वाली ऑप्टिकल तकनीकों का उपयोग करने का एक मुख्य लाभ यह है कि वे जांच की जा रही जैविक कोशिकाओं की अखंडता को संरक्षित करते हैं।<ref>[http://www.kcl.ac.uk/innovation/groups/biophotonics/index.aspx King's College London Centre for Biophotonics]</ref><ref>{{cite journal|last1=SPIE|title=Gabriel Popescu plenary talk: Bridging Molecular and Cellular Biology with Optics|journal=SPIE Newsroom|date=2015|doi=10.1117/2.3201503.18}}</ref>
बायोफोटोनिक्स को जैविक अणुओं, कोशिकाओं और ऊतकों के अध्ययन के लिए ऑप्टिकल तकनीकों, विशेष रूप से इमेजिंग के विकास और अनुप्रयोग के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है।<ref>{{cite journal | last= Goda | first= Keisuke | title= बायोफोटोनिक्स और उससे आगे| journal= APL Photonics | issue= 5| date=2019 | volume= 4 | page=050401| issn=2378-0967|doi = 10.1063/1.5100614| bibcode= 2019APLP....4e0401G |doi-access= free}}</ref> बायोफोटोनिक्स बनाने वाली ऑप्टिकल तकनीकों का उपयोग करने का एक मुख्य लाभ यह है कि वे जांच की जा रही जैविक कोशिकाओं की अखंडता को संरक्षित करते हैं।<ref>[http://www.kcl.ac.uk/innovation/groups/biophotonics/index.aspx King's College London Centre for Biophotonics]</ref><ref>{{cite journal|last1=SPIE|title=Gabriel Popescu plenary talk: Bridging Molecular and Cellular Biology with Optics|journal=SPIE Newsroom|date=2015|doi=10.1117/2.3201503.18}}</ref>
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प्रकाश और जैविक सामग्रियों के बीच असंख्य और जटिल अंतःक्रियाओं को देखकर, बायोफोटोनिक्स का क्षेत्र नैदानिक ​​​​तकनीकों का एक अनूठा सेट प्रस्तुत करता है जिसका चिकित्सक उपयोग कर सकते हैं। बायोफोटोनिक इमेजिंग त्वचाविज्ञान के क्षेत्र को त्वचा के कैंसर के निदान के लिए उपलब्ध एकमात्र गैर-इनवेसिव तकनीक प्रदान करता है। त्वचा के कैंसर के लिए पारंपरिक नैदानिक ​​​​प्रक्रियाओं में दृश्य मूल्यांकन और बायोप्सी शामिल है, लेकिन एक नई लेजर-प्रेरित प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक त्वचा विशेषज्ञों को घातक ऊतक के अनुरूप ज्ञात [[स्पेक्ट्रोग्राफ]] के साथ रोगी की त्वचा के स्पेक्ट्रोग्राफ की तुलना करने की अनुमति देती है। यह डॉक्टरों को पहले निदान और उपचार के विकल्प प्रदान करता है।<ref name=":0" />
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ऑप्टिकल तकनीकों में, लेजर स्कैनिंग पर आधारित एक उभरती हुई इमेजिंग तकनीक, [[ऑप्टिकल कोहरेन्स टोमोग्राफी]] या ओसीटी इमेजिंग को घातक त्वचा ऊतक से स्वस्थ को अलग करने के लिए एक उपयोगी उपकरण माना जाता है।{{attribution needed|date=June 2020}} जानकारी तुरंत पहुंच योग्य है और त्वचा के छांटने की आवश्यकता को समाप्त करती है।<ref name=":0" />इससे त्वचा के नमूनों को प्रयोगशाला में संसाधित करने की आवश्यकता भी समाप्त हो जाती है जिससे श्रम लागत और प्रसंस्करण समय कम हो जाता है।
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इसके अलावा, इन ऑप्टिकल इमेजिंग तकनीकों का उपयोग पारंपरिक सर्जिकल प्रक्रियाओं के दौरान घावों की सीमाओं को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि रोगग्रस्त ऊतक की संपूर्णता को हटा दिया गया है। यह नैनोकणों को उजागर करके पूरा किया जाता है जो स्वीकार्य प्रकाश फोटॉन के लिए एक फ्लोरोसेंट पदार्थ के साथ रंगे हुए हैं।<ref name=":1" />फ्लोरोसेंट रंजक और मार्कर प्रोटीन के साथ क्रियाशील नैनोकण एक चुने हुए ऊतक प्रकार में एकत्र होंगे। जब कण प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के संपर्क में आते हैं जो फ्लोरोसेंट डाई के अनुरूप होते हैं, तो अस्वास्थ्यकर ऊतक चमकते हैं। यह उपस्थित सर्जन को स्वस्थ और अस्वास्थ्यकर ऊतक के बीच की सीमाओं को जल्दी से पहचानने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप ऑपरेटिंग टेबल पर कम समय और उच्च रोगी वसूली होती है। डाइइलेक्ट्रोफोरेटिक माइक्रोएरे उपकरणों का उपयोग करते हुए, नैनोकणों और डीएनए बायोमार्कर को तेजी से अलग किया गया और विशिष्ट सूक्ष्म स्थानों पर केंद्रित किया गया, जहां उन्हें एपिफ़्लोरेसेंट माइक्रोस्कोपी द्वारा आसानी से पता लगाया गया।{{attribution needed|date=June 2020|reason=The text should say who said this.}}<ref name=":0" />
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== प्रकाश स्रोत ==
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मुख्य रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकाश स्रोत [[ किरण प्रकाश ]] हैं। एलईडी और [[सुपरल्यूमिनसेंट डायोड]] भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। बायोफोटोनिक्स में प्रयुक्त विशिष्ट तरंग दैर्ध्य 600 एनएम (दृश्यमान) और 3000 एनएम ([[ इन्फ़रा रेड ]] के पास) के बीच होते हैं।


Revision as of 16:28, 13 May 2023

For the spontaneous low-level emission of photons from living tissues, see Biophoton.

बायोफोटोनिक्स शब्द[1] जीव विज्ञान और फोटोनिक्स के संयोजन को दर्शाता है, फोटोनिक्स प्रकाश की मात्रा इकाइयों, फोटॉनों की पीढ़ी, हेरफेर और पहचान का विज्ञान और प्रौद्योगिकी है। फोटोनिक्स इलेक्ट्रॉनों और फोटॉन से संबंधित है। फोटॉन सूचना प्रौद्योगिकी में एक केंद्रीय भूमिका निभाते हैं, जैसे कि फाइबर ऑप्टिक्स, जिस तरह से इलेक्ट्रानिक्स में इलेक्ट्रॉन करते हैं।

बायोफोटोनिक्स को जैविक अणुओं, कोशिकाओं और ऊतकों के अध्ययन के लिए ऑप्टिकल तकनीकों, विशेष रूप से इमेजिंग के विकास और अनुप्रयोग के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है।[2] बायोफोटोनिक्स बनाने वाली ऑप्टिकल तकनीकों का उपयोग करने का एक मुख्य लाभ यह है कि वे जांच की जा रही जैविक कोशिकाओं की अखंडता को संरक्षित करते हैं।[3][4] बायोफोटोनिक्स इसलिए सभी तकनीकों के लिए स्थापित सामान्य शब्द बन गया है जो जैविक वस्तुओं और फोटॉन के बीच बातचीत से निपटते हैं। यह जैव-आण्विक, कोशिकाओं, ऊतकों, जीवों और बायोमटेरियल्स से उत्सर्जन, पता लगाने, अवशोषण, प्रतिबिंब, संशोधन और विकिरण के निर्माण को संदर्भित करता है। आवेदन के क्षेत्र जीवन विज्ञान, चिकित्सा, कृषि और पर्यावरण विज्ञान हैं। इलेक्ट्रिक और इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच अंतर के समान, थेरेपी और ऑपरेशन जैसे अनुप्रयोगों के बीच अंतर किया जा सकता है, जो मुख्य रूप से ऊर्जा को स्थानांतरित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करते हैं, और निदान जैसे अनुप्रयोग, जो पदार्थ को उत्तेजित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करते हैं और जानकारी को ऑपरेटर को वापस स्थानांतरित करते हैं। . ज्यादातर मामलों में, बायोफोटोनिक्स शब्द बाद के प्रकार के अनुप्रयोग को संदर्भित करता है।

अनुप्रयोग

बायोफोटोनिक्स एक अंतःविषय क्षेत्र है जिसमें विद्युत चुम्बकीय विकिरण और जैविक सामग्रियों के बीच संपर्क शामिल है: जीवित जीवों में ऊतक, कोशिकाएं, उप-सेलुलर संरचनाएं और अणु।[5] हाल के बायोफोटोनिक्स अनुसंधान ने तरल पदार्थ, कोशिकाओं और ऊतकों से जुड़े नैदानिक ​​​​निदान और चिकित्सा के लिए नए अनुप्रयोगों का निर्माण किया है। ये प्रगति वैज्ञानिकों और चिकित्सकों को संवहनी और रक्त प्रवाह के लिए बेहतर, गैर-आक्रामक निदान के साथ-साथ त्वचा के घावों की बेहतर जांच के लिए उपकरण की अनुमति दे रही है। नए नैदानिक ​​उपकरणों के अलावा, बायोफोटोनिक्स अनुसंधान में प्रगति ने नए फोटोथर्मल, फोटोडायनामिक और ऊतक उपचार प्रदान किए हैं।[6]


रमन और एफटी-आईआर आधारित निदान

रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी स्पेक्ट्रोस्कोपी को बेहतर डायग्नोस्टिक्स की दिशा में कई अलग-अलग तरीकों से लागू किया जा सकता है।[7][8] उदाहरण के लिए:

  1. बैक्टीरियल और फंगल संक्रमण की पहचान करना
  2. ऊतक सूजन मूल्यांकन: त्वचा, यकृत, हड्डियों, मूत्र मूत्राशय आदि में।
  3. रोगाणुरोधी प्रतिरोध की पहचान करना

अन्य अनुप्रयोग

त्वचा विज्ञान

प्रकाश और जैविक सामग्रियों के बीच असंख्य और जटिल अंतःक्रियाओं को देखकर, बायोफोटोनिक्स का क्षेत्र नैदानिक ​​​​तकनीकों का एक अनूठा सेट प्रस्तुत करता है जिसका चिकित्सक उपयोग कर सकते हैं। बायोफोटोनिक इमेजिंग त्वचाविज्ञान के क्षेत्र को त्वचा के कैंसर के निदान के लिए उपलब्ध एकमात्र गैर-इनवेसिव तकनीक प्रदान करता है। त्वचा के कैंसर के लिए पारंपरिक नैदानिक ​​​​प्रक्रियाओं में दृश्य मूल्यांकन और बायोप्सी शामिल है, लेकिन एक नई लेजर-प्रेरित प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक त्वचा विशेषज्ञों को घातक ऊतक के अनुरूप ज्ञात स्पेक्ट्रोग्राफ के साथ रोगी की त्वचा के स्पेक्ट्रोग्राफ की तुलना करने की अनुमति देती है। यह डॉक्टरों को पहले निदान और उपचार के विकल्प प्रदान करता है।[5]

ऑप्टिकल तकनीकों में, लेजर स्कैनिंग पर आधारित एक उभरती हुई इमेजिंग तकनीक, ऑप्टिकल कोहरेन्स टोमोग्राफी या ओसीटी इमेजिंग को घातक त्वचा ऊतक से स्वस्थ को अलग करने के लिए एक उपयोगी उपकरण माना जाता है। जानकारी तुरंत पहुंच योग्य है और त्वचा के छांटने की आवश्यकता को समाप्त करती है।[5]इससे त्वचा के नमूनों को प्रयोगशाला में संसाधित करने की आवश्यकता भी समाप्त हो जाती है जिससे श्रम लागत और प्रसंस्करण समय कम हो जाता है।

इसके अलावा, इन ऑप्टिकल इमेजिंग तकनीकों का उपयोग पारंपरिक सर्जिकल प्रक्रियाओं के दौरान घावों की सीमाओं को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि रोगग्रस्त ऊतक की संपूर्णता को हटा दिया गया है। यह नैनोकणों को उजागर करके पूरा किया जाता है जो स्वीकार्य प्रकाश फोटॉन के लिए एक फ्लोरोसेंट पदार्थ के साथ रंगे हुए हैं।[6]फ्लोरोसेंट रंजक और मार्कर प्रोटीन के साथ क्रियाशील नैनोकण एक चुने हुए ऊतक प्रकार में एकत्र होंगे। जब कण प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के संपर्क में आते हैं जो फ्लोरोसेंट डाई के अनुरूप होते हैं, तो अस्वास्थ्यकर ऊतक चमकते हैं। यह उपस्थित सर्जन को स्वस्थ और अस्वास्थ्यकर ऊतक के बीच की सीमाओं को जल्दी से पहचानने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप ऑपरेटिंग टेबल पर कम समय और उच्च रोगी वसूली होती है। डाइइलेक्ट्रोफोरेटिक माइक्रोएरे उपकरणों का उपयोग करते हुए, नैनोकणों और डीएनए बायोमार्कर को तेजी से अलग किया गया और विशिष्ट सूक्ष्म स्थानों पर केंद्रित किया गया, जहां उन्हें एपिफ़्लोरेसेंट माइक्रोस्कोपी द्वारा आसानी से पता लगाया गया।[5]


ऑप्टिकल चिमटी

ऑप्टिकल चिमटी (या जाल) परमाणु, डीएनए, बैक्टीरिया, वायरस और अन्य प्रकार के नैनोकणों जैसे सूक्ष्म कणों को नियंत्रित करने के लिए नियोजित वैज्ञानिक उपकरण हैं। वे एक नमूने पर छोटे बल लगाने के लिए प्रकाश की गति का उपयोग करते हैं। यह तकनीक कोशिकाओं के आयोजन और छँटाई, बैक्टीरिया की गति पर नज़र रखने और कोशिका संरचना को बदलने की अनुमति देती है[9]


लेजर माइक्रो-स्केलपेल

लेजर माइक्रो-स्केलपेल्स प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का एक संयोजन है और एक फेमटोसेकंड लेजर 250 माइक्रोमीटर तक ऊतक में प्रवेश कर सकता है और 3-डी अंतरिक्ष में एकल कोशिकाओं को लक्षित कर सकता है।[10] प्रौद्योगिकी, जिसे ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा पेटेंट किया गया था, का अर्थ है कि सर्जन रोगग्रस्त या क्षतिग्रस्त कोशिकाओं को बिना परेशान किए या स्वस्थ आसपास की कोशिकाओं को क्षतिग्रस्त किए बिना नाजुक सर्जरी जैसे कि आंखों और मुखर डोरियों को शामिल कर सकते हैं।[10]


प्रकाश ध्वनिक माइक्रोस्कोपी (PAM)

फोटोअकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (PAM) एक इमेजिंग तकनीक है जो लेजर तकनीक और अल्ट्रासाउंड तकनीक दोनों का उपयोग करती है। यह दोहरी इमेजिंग पद्धति पिछली इमेजिंग तकनीकों की तुलना में गहरे ऊतक और संवहनी ऊतकों की इमेजिंग में कहीं बेहतर है। रिज़ॉल्यूशन में सुधार गहरे ऊतकों और संवहनी प्रणालियों की उच्च गुणवत्ता वाली छवियां प्रदान करता है, जिससे जल सामग्री, ऑक्सीजन संतृप्ति स्तर और हीमोग्लोबिन एकाग्रता जैसी चीजों को देखकर कैंसर के ऊतकों बनाम स्वस्थ ऊतक के गैर-इनवेसिव भेदभाव की अनुमति मिलती है।[11] शोधकर्ता भी चूहों में एंडोमेट्रियोसिस के निदान के लिए पीएएम का उपयोग करने में सक्षम हैं।[6]

मानव त्वचा के माध्यम से प्रकाश के प्रवेश की गहराई को दर्शाता है

लो निम्न स्तर की लेजर थेरेपी (LLLT)

हालांकि निम्न-स्तरीय लेजर थेरेपी (एलएलएलटी) की प्रभावकारिता कुछ हद तक विवादास्पद है, तकनीक का उपयोग ऊतक की मरम्मत और ऊतक मृत्यु को रोकने के द्वारा घावों के इलाज के लिए किया जा सकता है। हालांकि, हाल के अध्ययनों से संकेत मिलता है कि एलएलएलटी सूजन को कम करने और पुराने जोड़ों के दर्द को कम करने के लिए अधिक उपयोगी है। इसके अलावा, यह माना जाता है कि एलएलएलटी संभवतः मस्तिष्क की गंभीर चोट या आघात, स्ट्रोक और अपक्षयी तंत्रिका संबंधी रोगों के उपचार में उपयोगी साबित हो सकता है।[12]


फ़ोटोडायनॉमिक थेरेपी (पीटी)

फोटोडायनामिक थेरेपी (पीटी) प्रकाश के लिए एक सेलुलर प्रतिक्रिया को प्रेरित करने के लिए प्रकाश संश्लेषण रसायनों और ऑक्सीजन का उपयोग करती है। इसका उपयोग कैंसर कोशिकाओं को मारने, मुँहासे का इलाज करने और निशान को कम करने के लिए किया जा सकता है। पीटी बैक्टीरिया, वायरस और कवक को भी मार सकता है। तकनीक कम या कोई दीर्घकालिक साइड इफेक्ट के साथ उपचार प्रदान करती है, सर्जरी की तुलना में कम आक्रामक है और विकिरण की तुलना में इसे अधिक बार दोहराया जा सकता है। उपचार, हालांकि, सतहों और अंगों तक सीमित है जो प्रकाश के संपर्क में आ सकते हैं, जो गहरे ऊतक कैंसर के उपचार को समाप्त कर देता है।[13]

फोटोथर्मल थेरेपी का उपयोग करने के लिए नैनो कणों को एक ट्यूमर में इंजेक्ट किया जाता है। alt=

फोटोथर्मल थेरेपी

फोटोथर्मल थेरेपी में आमतौर पर प्रकाश को गर्मी में बदलने के लिए उत्कृष्ट धातु से बने नैनोकणों का उपयोग किया जाता है। नैनोकणों को 700-1000 एनएम रेंज में प्रकाश को अवशोषित करने के लिए इंजीनियर किया जाता है, जहां मानव शरीर पारदर्शिता और पारदर्शिता है। जब कण प्रकाश से टकराते हैं तो वे गर्म हो जाते हैं, अतिताप के माध्यम से आसपास की कोशिकाओं को बाधित या नष्ट कर देते हैं। क्योंकि इस्तेमाल किया गया प्रकाश सीधे ऊतक से संपर्क नहीं करता है, फोटोथर्मल थेरेपी के कुछ दीर्घकालिक दुष्प्रभाव होते हैं और इसका उपयोग शरीर के भीतर गहरे कैंसर के इलाज के लिए किया जा सकता है।[14]


झल्लाहट

फ्लोरेसेंस रेजोनेंस एनर्जी ट्रांसफर, जिसे फोर्स्टर रेजोनेंस एनर्जी ट्रांसफर (दोनों मामलों में FRET) के रूप में भी जाना जाता है, वह शब्द है जो उस प्रक्रिया को दिया जाता है जहां दो उत्तेजित फ्लोरोफोरस ऊर्जा को एक दूसरे को गैर-विकिरण रूप से पास करते हैं (यानी, एक फोटॉन का आदान-प्रदान किए बिना)। इन फ्लोरोफोरस के उत्तेजना का सावधानीपूर्वक चयन करके और उत्सर्जन का पता लगाने से, FRET बायोफोटोनिक्स के क्षेत्र में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीकों में से एक बन गया है, जिससे वैज्ञानिकों को उप-सेलुलर वातावरण की जांच करने का मौका मिलता है।

बायोफ्लोरेसेंस

बायोफ्लोरेसेंस पराबैंगनी या दृश्यमान प्रकाश के अवशोषण और कम ऊर्जा स्तर पर फोटोन के उप अनुक्रमिक उत्सर्जन का वर्णन करता है (S_1 उत्साहित राज्य S_0 ग्राउंड स्टेट को आराम देता है) आंतरिक रूप से फ्लोरोसेंट प्रोटीन या सिंथेटिक फ्लोरोसेंट अणुओं द्वारा ब्याज के बायोमार्कर से सहसंयोजक रूप से जुड़ा होता है। बायोमार्कर अणु संकेतक या बीमारी या संकट हैं और आमतौर पर एक जीवित जीव में व्यवस्थित रूप से निगरानी की जाती है, या माइक्रोस्कोपी के लिए पूर्व विवो ऊतक के नमूने का उपयोग करके, या इन विट्रो में: रक्त, मूत्र, पसीना, लार, अंतरालीय द्रव, जलीय हास्य में, या थूक। उत्तेजक प्रकाश एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करता है, ऊर्जा को एक अस्थिर स्तर तक बढ़ाता है। यह अस्थिरता प्रतिकूल है, इसलिए सक्रिय इलेक्ट्रॉन अस्थिर होते ही लगभग स्थिर स्थिति में वापस आ जाता है। उत्तेजना और पुन: उत्सर्जन के बीच समय की देरी जो तब होती है जब स्थिर जमीनी स्थिति में लौटने पर फोटॉन का कारण बनता है जो एक अलग रंग के रूप में फिर से उत्सर्जित होता है (अर्थात यह कम ऊर्जा में आराम करता है और इस प्रकार उत्सर्जित फोटॉन कम तरंग दैर्ध्य पर होता है, जैसा कि प्लैंक-आइंस्टीन संबंध | प्लैंक-आइंस्टीन संबंध द्वारा शासित है) अवशोषित किए गए उत्तेजना प्रकाश की तुलना में। स्थिरता में यह वापसी फ्लोरोसेंट प्रकाश के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा की रिहाई से मेल खाती है। प्रकाश का यह उत्सर्जन केवल देखने योग्य है जबकि उत्तेजना प्रकाश अभी भी फ्लोरोसेंट अणु को फोटॉन प्रदान कर रहा है और आमतौर पर नीले या हरे रंग की रोशनी से उत्तेजित होता है और बैंगनी, पीले, नारंगी, हरे, सियान या लाल का उत्सर्जन करता है। बायोफ्लोरेसेंस को अक्सर बायोलाइट के निम्नलिखित रूपों से भ्रमित किया जाता है: बायोलुमिनेसेंस और बायोफॉस्फोरेसेंस।

बायोल्यूमिनेसेंस

बायोलुमिनेसिसेंस बायोफ्लोरेसेंस से अलग है क्योंकि यह एक जीव के भीतर रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा प्रकाश का प्राकृतिक उत्पादन होता है, जबकि बायोफ्लोरेसेंस और बायोफॉस्फोरेसेंस प्राकृतिक वातावरण से प्रकाश का अवशोषण और छूट है।

बायोफॉस्फोरेसेंस

उत्तेजना ऊर्जा के प्रदाता के रूप में निर्दिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश की आवश्यकता में बायोफॉस्फोरेसेंस बायोफ्लोरेसेंस के समान है। यहाँ अंतर सक्रिय इलेक्ट्रॉन की सापेक्ष स्थिरता में निहित है। बायोफ्लोरेसेंस के विपरीत, यहां इलेक्ट्रॉन निषिद्ध ट्रिपल अवस्था (अयुग्मित चक्रण) में स्थिरता बनाए रखता है, जिससे प्रकाश उत्सर्जित करने में अधिक देरी होती है, जिसके परिणामस्वरूप यह प्रभाव होता है कि यह उत्तेजक प्रकाश स्रोत के लंबे समय बाद भी "अंधेरे में चमक" जारी रखता है। हटा दिया गया है।

बायोलेसिंग

एक बायोलेजर तब होता है जब एक जीवित कोशिका के भीतर या उसके द्वारा लेजर प्रकाश उत्पन्न होता है। बायोफोटोनिक्स में इमेजिंग अक्सर लेजर लाइट पर निर्भर करती है, और जैविक प्रणालियों के साथ एकीकरण को संवेदन और इमेजिंग तकनीकों को बढ़ाने के लिए एक आशाजनक मार्ग के रूप में देखा जाता है। बायोलेज़र, किसी भी लेज़र की तरह, तीन घटकों की आवश्यकता होती है: एक लाभ माध्यम, एक ऑप्टिकल फीडबैक संरचना और एक पंप स्रोत। लाभ माध्यम के लिए, विभिन्न प्रकार के प्राकृतिक रूप से उत्पादित फ्लोरोसेंट प्रोटीन का उपयोग विभिन्न लेजर संरचना में किया जा सकता है।[15] सेल वैक्यूल्स का उपयोग करके सेल में ऑप्टिकल फीडबैक संरचना को संलग्न करना प्रदर्शित किया गया है,[16] साथ ही पूरी तरह से संलग्न लेजर सिस्टम जैसे डाई डोप्ड पॉलिमर माइक्रोस्फीयर का उपयोग करना,[17] या सेमीकंडक्टर नैनोडिस्क लेजर।[18]


प्रकाश स्रोत

मुख्य रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकाश स्रोत किरण प्रकाश हैं। एलईडी और सुपरल्यूमिनसेंट डायोड भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। बायोफोटोनिक्स में प्रयुक्त विशिष्ट तरंग दैर्ध्य 600 एनएम (दृश्यमान) और 3000 एनएम (इन्फ़रा रेड के पास) के बीच होते हैं।

लेज़र

बायोफोटोनिक्स में लेजर तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। सटीक तरंग दैर्ध्य चयन, व्यापक तरंग दैर्ध्य कवरेज, उच्चतम फ़ोकसबिलिटी और इस प्रकार सर्वोत्तम वर्णक्रमीय संकल्प, मजबूत शक्ति घनत्व और उत्तेजना अवधि के व्यापक स्पेक्ट्रम जैसे उनके अद्वितीय आंतरिक गुण उन्हें अनुप्रयोगों के व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए सबसे सार्वभौमिक प्रकाश उपकरण बनाते हैं। परिणामस्वरूप आज बाजार में बड़ी संख्या में आपूर्तिकर्ताओं से विभिन्न प्रकार की विभिन्न लेजर प्रौद्योगिकियां पाई जा सकती हैं।

गैस लेज़रों

बायोफोटोनिक्स अनुप्रयोगों और उनके सबसे महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रमुख गैस लेसर हैं:

- आर्गन आयन लेज़र: 457.8 एनएम, 476.5 एनएम, 488.0 एनएम, 496.5 एनएम, 501.7 एनएम, 514.5 एनएम (मल्टी-लाइन ऑपरेशन संभव)

- क्रिप्टन आयन लेजर: 350.7 एनएम, 356.4 एनएम, 476.2 एनएम, 482.5 एनएम, 520.6 एनएम, 530.9 एनएम, 568.2 एनएम, 647.1 एनएम, 676.4 एनएम, 752.5 एनएम, 799.3 एनएम

- हीलियम-नियॉन लेजर: 632.8 एनएम (543.5 एनएम, 594.1 एनएम, 611.9 एनएम)

- एचईसीडी लेजर: 325 एनएम, 442 एनएम

अन्य वाणिज्यिक गैस लेजर जैसे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), कार्बन मोनोऑक्साइड, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, क्सीनन-आयन, एक्साइमर या मेटल वेपर लेज़रों का बायोफोटोनिक्स में कोई या केवल बहुत कम महत्व नहीं है। बायोफोटोनिक्स में गैस लेसरों का प्रमुख लाभ उनकी निश्चित तरंग दैर्ध्य, उनकी सही बीम गुणवत्ता और उनकी कम लाइनविड्थ/उच्च सुसंगतता है। आर्गन आयन लेज़र मल्टी-लाइन मोड में भी काम कर सकते हैं। प्रमुख नुकसान उच्च बिजली की खपत, पंखे के ठंडा होने और सीमित लेजर शक्तियों के कारण यांत्रिक शोर का उत्पादन है। प्रमुख आपूर्तिकर्ता सुसंगत, CVI/Melles Griot, JDSU, Lasos, LTB और न्यूपोर्ट/स्पेक्ट्रा भौतिकी हैं।

डायोड लेजर

बायोफोटोनिक्स में डायोड लेजर के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे आम तौर पर एकीकृत लेजर डायोड या तो GaN या GaAs सेमीकंडक्टर सामग्री पर आधारित होते हैं। GaN 375 से 488 nm तक तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम को कवर करता है (515 पर वाणिज्यिक उत्पादों की घोषणा हाल ही में की गई है) जबकि GaAs 635 nm से शुरू होने वाले तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम को कवर करता है।

बायोफोटोनिक्स में डायोड लेजर से आमतौर पर इस्तेमाल होने वाली तरंग दैर्ध्य हैं: 375, 405, 445, 473, 488, 515, 640, 643, 660, 675, 785 एनएम।

लेजर डायोड 4 वर्गों में उपलब्ध हैं:

- सिंगल एज एमिटर / ब्रॉड स्ट्राइप / ब्रॉड एरिया

- भूतल उत्सर्जक / वीसीएसईएल

- एज एमिटर / रिज वेवगाइड

- झंझरी स्थिर (FDB, DBR, ECDL)

बायोफोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए, सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले लेजर डायोड एज एमिटिंग/रिज वेवगाइड डायोड हैं, जो एकल अनुप्रस्थ मोड हैं और लगभग पूर्ण TEM00 बीम गुणवत्ता के लिए अनुकूलित किए जा सकते हैं। गुंजयमान यंत्र के छोटे आकार के कारण, डिजिटल मॉडुलन बहुत तेज (500 मेगाहर्ट्ज तक) हो सकता है। सुसंगतता की लंबाई कम है (आमतौर पर <1 मिमी) और विशिष्ट लाइनविड्थ एनएम-रेंज में है। विशिष्ट बिजली स्तर लगभग 100 मेगावाट (तरंग दैर्ध्य और आपूर्तिकर्ता के आधार पर) हैं। प्रमुख आपूर्तिकर्ता हैं: सुसंगत, इंक।, मेल्स ग्रियट, ओमिक्रॉन, गेंद, जेडीएसयू, न्यूपोर्ट कॉर्पोरेशन (कंपनी), ऑक्सक्सियस, पावर टेक्नोलॉजी। झंझरी स्थिर डायोड लेज़रों में या तो एक लिथोग्राफिकल सम्मिलित झंझरी (DFB, DBR) या एक बाहरी झंझरी (ECDL) होती है। नतीजतन, सुसंगतता की लंबाई कई मीटर की सीमा में बढ़ जाएगी, जबकि लाइनविड्थ पिकोमीटर (अपराह्न) से काफी नीचे गिर जाएगी। बायोफोटोनिक अनुप्रयोग, जो इन विशेषताओं का उपयोग करते हैं, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (सेमी-1 के नीचे लाइनविड्थ की आवश्यकता होती है) और स्पेक्ट्रोस्कोपिक गैस सेंसिंग हैं।

सॉलिड-स्टेट लेसर

सॉलिड-स्टेट लेजर सॉलिड-स्टेट गेन मीडिया पर आधारित लेजर होते हैं जैसे क्रिस्टल या ग्लास दुर्लभ पृथ्वी या संक्रमण धातु आयनों, या सेमीकंडक्टर लेजर के साथ डोप किए जाते हैं। (यद्यपि सेमीकंडक्टर लेजर निश्चित रूप से सॉलिड-स्टेट डिवाइस भी हैं, उन्हें अक्सर सॉलिड-स्टेट लेजर शब्द में शामिल नहीं किया जाता है।) आयन-डोप्ड सॉलिड-स्टेट लेजर (जिसे कभी-कभी डॉप्ड इंसुलेटर लेजर भी कहा जाता है) को बल्क के रूप में बनाया जा सकता है। लेजर, फाइबर लेजर, या अन्य प्रकार के वेवगाइड लेजर। सॉलिड-स्टेट लेजर कुछ मिलीवाट और (उच्च-शक्ति संस्करणों में) कई किलोवाट के बीच उत्पादन शक्ति उत्पन्न कर सकते हैं।

अल्ट्राक्रोम लेजर

बायोफोटोनिक्स में कई उन्नत अनुप्रयोगों के लिए कई तरंग दैर्ध्य पर व्यक्तिगत रूप से चयन योग्य प्रकाश की आवश्यकता होती है। परिणामस्वरूप नई लेजर तकनीकों की एक श्रृंखला शुरू की गई है, जो वर्तमान में सटीक शब्दों की तलाश में है।

सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली शब्दावली अतिसतत लेजर हैं, जो एक साथ व्यापक स्पेक्ट्रम पर दृश्य प्रकाश का उत्सर्जन करती हैं। यह प्रकाश तब फ़िल्टर किया जाता है उदा। acousto-optic modulators (AOM, AOTF) के माध्यम से 1 या 8 विभिन्न तरंग दैर्ध्य में। इस तकनीक के लिए विशिष्ट आपूर्तिकर्ता एनकेटी फोटोनिक्स या फिएनियम थे। हाल ही में एनकेटी फोटोनिक्स ने फ़िनियम खरीदा,[19] बाजार में सुपरकॉन्टिनम प्रौद्योगिकी के प्रमुख आपूर्तिकर्ता बने हुए हैं।

दूसरे दृष्टिकोण में (Toptica/iChrome) सुपरकॉन्टिनम इन्फ्रा-रेड में उत्पन्न होता है और फिर एकल चयन योग्य तरंग दैर्ध्य में दृश्य शासन में परिवर्तित हो जाता है। इस दृष्टिकोण को AOTF की आवश्यकता नहीं है और इसकी पृष्ठभूमि-मुक्त वर्णक्रमीय शुद्धता है।

चूंकि बायोफोटोनिक्स के लिए दोनों अवधारणाओं का बड़ा महत्व है, छाता शब्द अल्ट्राक्रोम लेजर अक्सर उपयोग किया जाता है।

बहिर्मुखी स्रोत

स्वेप्ट स्रोतों को समय में उत्सर्जित प्रकाश आवृत्ति ('स्वीप') को लगातार बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे आम तौर पर फ़्रीक्वेंसी की एक पूर्व-निर्धारित सीमा (जैसे, 800 +/- 50 एनएम) के माध्यम से लगातार चक्कर लगाते हैं। टेराहर्ट्ज़ शासन में स्वेप्ट स्रोतों का प्रदर्शन किया गया है। बायोफोटोनिक्स में स्वेप्ट स्रोतों का एक विशिष्ट अनुप्रयोग ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी | ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी (OCT) इमेजिंग है।

THz स्रोत

टेराहर्ट्ज़ (THz) फ़्रीक्वेंसी रेंज, 0.1–10 THz में वाइब्रेशनल स्पेक्ट्रोस्कोपी, जैविक अणुओं और प्रजातियों के फ़िंगरप्रिंटिंग के लिए एक तेज़ी से उभरती हुई तकनीक है। 20 से अधिक वर्षों के लिए, सैद्धांतिक अध्ययनों ने इस सीमा में जैविक अणुओं के अवशोषण (या संचरण) स्पेक्ट्रा में कई अनुनादों की भविष्यवाणी की। THz विकिरण इन कंपनों को उत्तेजित करके कम आवृत्ति वाले आंतरिक आणविक कंपन के साथ संपर्क करता है।

एकल फोटॉन स्रोत

एकल फोटॉन स्रोत उपन्यास प्रकार के प्रकाश स्रोत हैं जो सुसंगत प्रकाश स्रोतों (लेजर) और थर्मल प्रकाश स्रोतों (जैसे तापदीप्त प्रकाश बल्ब और पारा-वाष्प लैंप) से अलग हैं जो एकल कणों या फोटॉन के रूप में प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं।

संदर्भ

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