تقنية نانوية لتحويل اشعة تي إلى صوت للتصوير الطبي والكشف عن الأسلحة

جهاز يستمع إلى الأمواج الضوئية يمكن ان يساهم في فتح المجال لتطبيقات في اقصى حدود الطيف الكهرومغناطيسي – مدى التيراهيرتز. أشعة تعرف باسم اشعة تي او T-ray هي أمواج ضوئية بعيدة جدا عن إحساس عين الانسان قد تساعد موظفي الامن في المطارات للكشف عن المركبات الكيميائية وأنواع الأسلحة الأخرى. قد تجعل هذه الأشعة كواشف تصوير انسة الانسان بالقيام بالتصوير بدون أدني ضرر على الصحة العامة. ويمكنها أيضا ان تساعد علماء الفلك في توفير أداة جديدة لدراسة الكواكب الأخرى في المجرات البعيدة. هذه هي بعض التطبيقات القليلة الممكنة لأشعة تي T-ray.

 

الا ان بسبب ان الترددات في مدى التيراهيرتز تفوق قدرات الأجهزة المستخدمة حاليا للكشف عنها تمكن فريق من الباحثين من ابتكار كاشف اشعة تيراهيرتز ونظام تصوير سوف يفتح المجال لتطبيقات مذهلة باستخدام اشعة تي.

يقول البروفيسور جاي جيو Jay-Guo من جامعة ميشيغان في الولايات المتحدة الامريكية انه تمكن من تحويل ضوء اشعة تي إلى صوت باستخدام جهاز دقيق يعمل في درجة حرارة الغرفة وقد توصلوا لابتكاره بطرق غير تقليدية.

فجوة التيراهيرتز في الطيف الكهرومغناطيسي هي عبارة عن منطقة تقع بين حزمة الميكروويف والاشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. هذا الطيف يمتد من أدني مستوى للطاقة وهي طاقة أمواج الراديو والتي تحمل لنا النشرات الإخبارية والالحان الموسيقية من اجهزة البث حتى تصل إلى اجهزة الاستقبال وتمتد إلى اقصى طاقة لها وهي المتمثلة في اشعة جاما والتي تنطلق عند انفجار قنبلة نووية او تنتج من اضمحلال الذرات النشطة اشعاعيا.

في المدى الوسط بين أدنى طاقة واقصى طاقة تقع ترددات اشعة الميكروويف التي نستخدمها في طهي وتسخين الأطعمة او في نقل إشارات الهاتف المحمول وهناك أيضا الاشعة تحت الحمراء التي تمكننا من الرؤية الحرارية وهناك ترددات الاشعة المرئية التي نرى من خلالها العالم بألوانه المعروفة. وكذلك اشعة اكس التي تمكن الأطباء من الرؤية عبر انسجة اجسامنا.

حزمة طاقة التيراهيرتز terahertz غنية علميا طبقا لما ورد على لسان البروفيسور جيو وزملاؤه. لكن كواشف اليوم اما ان تكون كبيرة وتحتاج إلى الحفاظ على حرارتها باردة لتعمل او انها لا تستطيع العمل في الوقت الفعلي (أي العرض في نفس وقت التصوير). هذه القيود قلصت بشكل كبير فوائد تلك الكواشف لتطبيقات مثل الكشف عن الأسلحة والمواد الكيميائية وفي مجالات التصوير الطبي والتشخيص. لقد قام البروفيسور جي وزملائه باختراع ترانسديوسر transducer خاص يقوم بتحويل الضوء إلى أمواج صوتية. يعمل الترانسديوسر على تحويل طاقة إلى أخرى أي انه يمكنه ان يحول اشعة التيراهيرتز إلى أمواج فوق صوتية ومن ثم يقوم ببثها.

تم تصنيع الترانسديوسر من خليط من بلاستيك اسفنجي يعرف باسم polydimethylsiloxane ويختصر بـ PDMS مع انابيب كربون نانوية. وهنا شرح مبسط لفكرة عملها.

عندما تصطدم اشعة التيراهيرتز في الترانسديوسر فان انابيب الكربون النانوية تمتصها ومن ثم تحولها إلى حرارة. تمرر الانابيب النانوية الطاقة الحرارية هذه إلى البلاستيك الاسفنجي PDMS. تتمدد PDMS وتحدث موجة ضغط. هذه الموجة هي موجة فوق صوتية. ان ترددها اعلى بـ 1000 مرة من الترددات التي تستطيع اذن الانسان سماعها.

هناك الكثير من الطرق لرصد الأمواج فوق الصوتية وبالتالي تمكن فريق الباحثين من تحويل مشكلة صعبة جدا إلى مشكلة لها الكثير من الحلول. فمن خلال كواشف الأمواج الفوق صوتية الموجودة والتي منها ما يستخدم في أجهزة التصوير بالامواج فوق الصوتية فان العلماء تمكنوا من تصميم مجس حساس مصنوع من حلقة بلاستيكية ميكروسكوبية تعرف باسم رنان الحلقة الميكروية microring resonator يصل قطرها إلى بضعة مليمترات.

قام العلماء بتوصيل نظامهم المبتكر مع جهاز حاسوب وشرحوا كيف يمكن استخدامه في المسح وتكوين صورة لقطعة من الألومنيوم على شكل حرف X. سرعة الاستجابة للكاشف الجديد هو جزء في الميلون من الثانية، وهذا ما سوف يمكن التصوير بأشعة T-ray تي في الزمن الفعلي في العديد من التطبيقات.

ولقد وصف البروفيسور جيو النظام على انه يختلف عن الأنظمة الأخرى المستخدمة في رصد التيراهيرتز المعتمدة على التسخين لأنها تستجيب لطاقة نبضات ضوئية أحادية بدلا من شعاع مستمر من اشعة تي. لهذا السبب فإنها لا تكون حساسة للتغيرات في درجة الحرارة الخارجية.

JoomShaper