14th Ιούνιος 2021

ScienceLab.Gr

Science Communication

Η δύναμη του Λέιζερ παρέχει καινοτόμες λύσεις

Στο πλαίσιο της μεγάλης πανευρωπαϊκής γιορτής για τη Βραδιά του Ερευνητή 2020

Καινοτόμες λύσεις στις κοινωνικές προκλήσεις με τη δύναμη του Λέιζερ

Η ULF-FORTH (Ultraviolet Laser Facility) είναι η μεγαλύτερη υποδομή λέιζερ στην Ελλάδα και λειτουργεί από τη δεκαετία του ’90 στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ITE (ΙΗΔΛ-ΙΤΕ) με επιστημονικό υπεύθυνο τον καθηγητή Κώστα Φωτάκη, πρώην Αναπληρωτή Υπουργό Έρευνας και Καινοτομίας. Είναι ένα από τα ιδρυτικά μέλη του ευρωπαϊκού δικτύου LaserLab Europe, το οποίο αριθμεί 35 υποδομές λέιζερ σε όλη την Ευρώπη.

Η διεθνής απήχηση της ULF-FORTH οδήγησε στην πρόσκληση να γίνει μέλος της ευρωπαϊκής κοινοπραξίας ερευνητικών υποδομών (CERIC), η οποία παρέχει ανοιχτή πρόσβαση σε μερικές από τις καλύτερες εγκαταστάσεις στην Ευρώπη για την ενίσχυση και προώθηση της επιστήμης και της βιομηχανίας σε όλους τους τομείς των υλικών, των βιοϋλικών και της νανοτεχνολογίας.

Με έντονη διεπιστημονική ταυτότητα, η ULF-FORTH συνεισφέρει στην παροχή καινοτόμων λύσεων στις κοινωνικές προκλήσεις που αναδύονται σε τομείς όπως η ενέργεια, η υγεία, η διατροφή, η πολιτιστική κληρονομιά και η κλιματική αλλαγή.

Μη γραμμική απεικονιστική μικροσκοπία: ένα νέο οπτικό διαγνωστικό εργαλείο για τη διάγνωση του καρκίνου του μαστού

Ο καρκίνος προσβάλλει ανθρώπους όλων των ηλικιών και κοινωνικών ομάδων, με 2,6 εκατομμύρια διαγνώσεις και 1,2 εκατομμύρια θανάτους ετησίως στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη καινοτόμων, μη επεμβατικών τεχνικών βασισμένων σε χρήση λέιζερ για την απεικόνιση δειγμάτων βιοψίας σε μικροσκοπικό επίπεδο αποτελεί ένα ερευνητικό πεδίο αιχμής. Οι νέες αυτές μέθοδοι μπορούν να προσδώσουν μοναδικές και αξιόπιστες πληροφορίες για τη διερεύνηση της παθολογίας του καρκίνου.

Πρόσφατα, διεπιστημονική μελέτη ερευνητών του Εργαστηρίου Μη-Γραμμικής Μικροσκοπίας στο ΙΗΔΛ-ΙΤΕ (με επικεφαλής τον Κύριο Ειδικό Λειτουργικό Επιστήμονα  Δρ. Γιώργο Φιλιππίδη), του Τμήματος Βιολογίας (με επικεφαλής την καθηγήτρια Ειρήνη Αθανασάκη) και της Ιατρικής Σχολής στο Πανεπιστήμιο Κρήτης χρησιμοποίησε τεχνικές μη γραμμικής απεικονιστικής μικροσκοπίας -σε συνδυασμό με ιστολογικές μελέτες- για την απόκτηση βελτιωμένων και πιο γρήγορων αποτελεσμάτων από δείγματα βιοψίας καρκίνου του μαστού. Συγκεκριμένα, εξήχθησαν πληροφορίες σχετικά με τον αυτοφθορισμό του ιστού, τη δομή του σε υπο-κυτταρικό επίπεδο και την κατανομή των ινών κολλαγόνου των δειγμάτων. Βασισμένοι στην ποσοτικοποίηση των συλλεγόμενων σημάτων, διαφοροποίησαν τα καλοήθη από τα καρκινικά δείγματα, όπως και τους διαφορετικούς βαθμούς καρκίνου.

Η μεθοδολογία αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα νέο οπτικό διαγνωστικό εργαλείο για γρήγορο και ακριβή χαρακτηρισμό λεπτών δειγμάτων βιοψίας, για τη βελτίωση των ποσοστών ανίχνευσης της νόσου αλλά και της ποιότητα ζωής.

Στοιχειακή ανάλυση οστρακοειδών με την τεχνική LIBS: διαβάζοντας κλιματικά αρχεία του παρελθόντος

Ο καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο Κρήτης Δημήτρης Άγγλος και η ερευνητική του ομάδα στο ΙΗΔΛ (Δρ. Niklas Hausmann και Δρ. Παναγιώτης Σιώζος) χρησιμοποίησαν μια φασματοσκοπική τεχνική λέιζερ (την επονομαζόμενη LIBS, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) για τον προσδιορισμό της στοιχειακής σύστασης σε τομές από κελύφη οστρακοειδών. Το κέλυφος, αποτελούμενο κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο, περιέχει μικρές ποσότητες μαγνησίου και άλλων ιχνοστοιχείων που αυξομειώνονται στην πορεία της ζωής του οστρακοειδούς αποτυπώνοντας εποχικούς κύκλους και κατ’ επέκταση καταγράφοντας πληροφορίες για το περιβάλλον και το κλίμα στο οποίο ζουν ή έζησαν τέτοια είδη. Αυτές οι πληροφορίες συνιστούν ένα αρχείο πολύτιμο για τη μελέτη των κλιματολογικών συνθηκών που σχετίζονται με ωκεάνια ρεύματα, παγετώδεις περιόδους ή και την ανθρωπογενή κλιματική αλλαγή.

Διάφορα είδη οστρακοειδών, κύριο συστατικό της δίαιτας προϊστορικών πληθυσμών, απαντώνται σε μεγάλες ποσότητες κοντά σε παράκτιους αρχαιολογικούς χώρους ανά την υφήλιο και οι επιστήμονες διερευνούν εδώ και καιρό μεθόδους αποτελεσματικής ανάγνωσης αυτών των πλούσιων κλιματικών αρχείων με στόχο την κατανόηση του περιβάλλοντος που ζούσαν οι άνθρωποι δεκάδες χιλιάδες χρόνια πριν. Με τη χρήση γρήγορης στοιχειακής χαρτογράφησης που επιτρέπει η τεχνική LIBS αναμένεται να γίνει εφικτή η μελέτη μεγάλου αριθμού δειγμάτων οστρακοειδών με χαμηλότερο κόστος ανάλυσης, σε πολύ συντομότερο χρόνο.

Φορητό σύστημα ολογραφίας για τον εντοπισμό αλλοιώσεων στα έργα τέχνης

Μία καινοτόμα οπτική τεχνική, η ψηφιακή ολογραφική συμβολομετρία, χρησιμοποιείται σε πραγματικό χρόνο ως μη-καταστρεπτική μέθοδος στην εξέταση των μηχανισμών αλλοίωσης έργων πολιτιστικής κληρονομιάς. Το εργαστήριο Ολογραφίας-Μετρολογίας του ΙΤΕ, βασισμένο σε αυτή την τεχνική, ανέπτυξε μία μοναδική στον κόσμο φορητή συσκευή Ψηφιακής Ολογραφικής Συμβολομετρίας Κοκκίωσης (DHSPI), η οποία έχει ήδη χρησιμοποιηθεί ευρέως για ποικίλες εφαρμογές: από την αξιολόγηση ξύλινων έργων τέχνης, τοιχογραφιών και εικόνων στη Δήλο, στο Άγιο Όρος αλλά και σε μνημεία της παγκόσμιας πολιτιστικής κληρονομιάς UNESCO (Avignon, St.Savin sur Gartempe), μέχρι τη μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τις αυξομειώσεις της υγρασίας και θερμοκρασίας στο ευρωπαϊκό πρόγραμμα Climate for Culture και πρόσφατα για το Μουσείο του Λούβρου, έως την εξέταση οροφογραφιών δύο έργων του Peter Paul Rubens του 1636 που κοσμούν την οροφή του Whitehall Banqueting House στο Λονδίνο κι έχουν τίτλο «Η αποθέωση του Βασιλιά Ιακώβου Α» και «Η ενάρετη βασιλεία του Βασιλιά Ιακώβου Α».

Τα έργα του Rubens μελετήθηκαν με τη φορητή συσκευή από την ερευνητική ομάδα της Δρ. Βιβής Τορνάρη. Η πρωτοποριακή αυτή μελέτη αισιοδοξεί να αποτελέσει χρήσιμο οδηγό στις μελλοντικές εργασίες συντήρησης έργων τέχνης. Η DHSPI  χρησιμοποιείται ως εργαλείο εκτίμησης της δομικής κατάστασης σε πανευρωπαϊκά προγράμματα όπως το CHARISMA, IPERION και ως υπηρεσία στο ευρωπαϊκό εργαστήριο υπεριώδους ακτινοβολίας στο Ηράκλειο Κρήτης.

Ακούγοντας ένα… έργο τέχνης με τη χρήση ακτίνων λέιζερ

Τη φωτοακουστική απεικόνιση -μία καινοτόμα διαγνωστική τεχνική η οποία κυρίως αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της σύγχρονης βιοϊατρικής έρευνας- εφάρμοσε για πρώτη φορά παγκοσμίως η επιστημονική ομάδα του Δρ. Γιάννη Ζαχαράκη, Κύριου Ερευνητή στο ΙΗΔΛ με τον συνεργαζόμενο ερευνητή Δρ. Γιώργο Τσερεβελάκη, ως μια διαγνωστική τεχνική σε έργα πολιτιστικής κληρονομιάς.

Στη φωτοακουστική απεικόνιση η δέσμη λέιζερ χρησιμοποιείται  για να εναποθέσει τοπικά ενέργεια σε μέρος του υλικού του έργου τέχνης. Η ταχεία θέρμανση που προκαλείται δημιουργεί ηχητικά κύματα που διαδίδονται μέσα στο υλικό. Επειδή η ένταση αυτών των ακουστικών κυμάτων εξαρτάται από τις ιδιότητες απορρόφησης του υλικού, με τη χρήση κατάλληλων ανιχνευτών ήχου μπορεί να χαρτογραφηθεί και να απεικονιστεί σε βάθος η περιοχή που εκτέθηκε στη δέσμη λέιζερ. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να εκτιμήσουμε την κατάσταση του έργου και να εντοπίσουμε πιθανές αλλοιώσεις τις οποίες το γυμνό μάτι ακόμη και του πιο έμπειρου μελετητή είναι αδύνατον να διακρίνει.

Πηγή: ΙΤΕ