Квантовые камеры запечатлели первые мгновения жизни
Ученые из Университета Аделаиды впервые применили квантовые камеры для безопасной визуализации живых эмбрионов. Это достижение открывает новые горизонты для экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и методов биологической визуализации. Исследователи из Центра “Свет для жизни” (Centre of Light for Life) при университете изучили возможности применения сверхчувствительных камер, специально разработанных для измерений на квантовом уровне.
Проблема световой токсичности
Визуализация биологических образцов, особенно таких чувствительных, как эмбрионы на ранних стадиях развития, всегда была сложной задачей. Клетки эмбриона чрезвычайно восприимчивы к свету. Интенсивное освещение, необходимое для традиционных микроскопов и камер, может повредить их или даже привести к гибели. Это явление называется фототоксичностью.
Поэтому ученым и медикам приходилось искать компромисс. Они либо снижали интенсивность света, теряя в качестве изображения, либо рисковали здоровьем эмбриона ради получения четкой картинки. Особенно остро эта проблема стоит в области ЭКО. Успешность процедуры во многом зависит от правильного выбора наиболее жизнеспособного эмбриона для переноса.
Квантовая технология на страже жизни
Новое исследование предлагает решение этой дилеммы. Ученые использовали свет с особыми квантовыми свойствами, известный как “сжатый свет”. В таком свете уровень квантового шума ниже, чем это возможно в классической физике. Это позволяет получать изображения при чрезвычайно низких уровнях освещенности.
Доктор Цзявэнь Ли из Университета Аделаиды поясняет: “Многие клеточные процессы очень чувствительны к свету. Наша технология позволяет получать высококачественные изображения, используя значительно меньше света”. Исследователи смогли работать при освещенности менее одного фотона на пиксель изображения. Это стало возможным благодаря камерам, способным регистрировать тонкие квантовые корреляции света.
Преимущества для ЭКО и не только
Применение квантовой визуализации может кардинально изменить подходы в ЭКО. В настоящее время средняя успешность ЭКО для женщин младше 35 лет составляет около 31% за один цикл. Возможность безопасно наблюдать за развитием эмбрионов в реальном времени даст эмбриологам гораздо больше информации. Это поможет выбирать самые здоровые и перспективные эмбрионы для переноса, что потенциально значительно повысит шансы на успешную беременность.
Исследователи добились снижения интенсивности света более чем на 50% по сравнению с традиционными методами, не теряя при этом качества изображения. Фактически, квантовые камеры позволяют извлекать даже больше информации, чем обычные. Они способны регистрировать не только интенсивность света, но и его фазу, что открывает доступ к таким методам, как квантовая иллюминация или “призрачная” визуализация.
Будущее за квантовой визуализацией
Хотя основной акцент исследования сделан на ЭКО, потенциал технологии гораздо шире. Безопасная визуализация живых клеток и тканей при низком освещении востребована во многих областях биологии и медицины. Это может улучшить диагностику заболеваний, ускорить разработку лекарств и дать новые инструменты для фундаментальных исследований.
Работа австралийских ученых, опубликованная в престижном журнале Optica, демонстрирует практическое применение фундаментальных квантовых принципов для решения реальных проблем. Использование квантовых камер для наблюдения за зарождающейся жизнью – это яркий пример того, как квантовые технологии начинают менять наш мир, делая его безопаснее и открывая новые возможности.