Danskere slår vild lys-rekord
Danske forskere har slået verdensrekorden i at skubbe lys ud i det såkaldte infrarøde bølgelængdeområde gennem en optisk fiber. Deres laserteknik kan bl.a. bruges til at diagnosticere cancer og kontrollere fødevarers kvalitet.

Danske forskere har slået verdensrekorden i at at lede lys ud i det infrarøde bølgelængdeområde gennem en optisk fiber. (Foto: Colourbox)

Danske forskere har slået verdensrekorden i at at lede lys ud i det infrarøde bølgelængdeområde gennem en optisk fiber. (Foto: Colourbox)

En ny type optisk fiber kan transportere lys med længere bølgelængder end nogensinde før, viser enestående danske forsøg. Glasfiberen har potentiale til lynhurtigt at afsløre fødevaresnyd og kræftsygdomme.

»Man vil kunne bruge den nye teknik til meget præcist at måle, hvordan en kræftcelle udvikler sig på et tidligt stadie, potentielt uden at man behøver at skære i vævet,« siger Ole Bang, der er professor på DTU Fotonik.

»Fødevareindustrien er også meget interesseret, fordi teknikken vil kunne bruges til ultrahurtigt at analysere, om fødevarer indeholder andet end det, der står på produktbeskrivelsen, og der er mange andre anvendelsesmuligheder, for eksempel at måle forurening.«

Lyskilde kan afsløre molekylære bindinger

Ligesom andre strålingsapparater kan den nye fiberlaserteknik, som Ole Bang og hans kolleger fra Institut for Fotonik på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og Aarhus Universitet (AU) har været med til at udvikle, på sigt kunne bruges til måle, hvilke molekylære bindinger fødevarer, vævsprøver og andre former for biologisk materiale består af.

Men med den nye optiske fiber vil man kunne gøre det ekstremt meget hurtigere og mere præcist, end man kan med de apparater, der allerede er i brug.

Resultatet er så enestående, at det netop er publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature Photonics.

Nuværende lyskilder er ikke nær så effektive

Ole Bang og hans forskergruppe har sammen med britiske kollegaer udviklet den nye teknik, som er en såkaldt superkontinuum-laserlyskilde, der kan dække et bølgelængde-spektrum fra 1,4 til 13,3 mikrometer. Det er første gang nogensinde, at en superkontinuum lyskilde er nået så langt ud.

Forskere, fødevareindustrien, hospitaler og en række andre industrielle brancher har i lang tid været interesseret i at udvikle den slags optiske fiberlasere, der udsender midt-infrarød lys, fordi fiberlasernes lys er ekstremt kraftigt og kan fokuseres til en lille plet.

Derfor kan det trænge langt dybere ind i eksempelvis biologisk materiale end de lyskilder, der traditionelt har været brugt til spektroskopi og fødevarekontrol. Lyskilder, som transporterer midt-infrarød lys, er da også allerede i brug, men de er ikke helt så effektive som ønsket.

»Problemet er, at de lyskilder, man i dag bruger, for eksempel til fødevareanalyse, er svage og sender lyset ud i alle retninger. Derfor er strålingen ikke særlig koncentreret og har en meget lille intensitet i målepunktet,« siger Ole Bang.

Figuren viser, hvordan den nye optiske fiber kan dække et bølgelængde spektrum fra 1,4 til 13 mikrometer. Det er verdensrekorden. (Foto: DTU Fotonik)

Den nye superkontinuum-fiberlaser når tilstrækkelig langt ud i bølgelængde og vil kunne produceres til en rimelig pris, så den i fremtiden med fordel kan anvendes af industrien, spår Ole Bang.

Strålinger sætter molekyler i svingninger

Fiberlaseren virker ligesom de stråleapparater, man allerede bruger på hospitaler og til fødevarekontrol:

  • Når man bestråler fødevarer, hudprøver eller anden biologisk materiale med infrarødt lys, bliver materialets molekyler sat i svingninger og absorberer ved helt karakteristiske bølgelængder.
     
  • Ved at måle hvilke bølgelængder lyset absorberes ved kan man udlede, hvilke type molekylære bindinger materialet består af.
  • Et problem er, at al biologisk materiale indeholder vand, og da vand absorberer lys, har intensiteten af de lyskilder, man hidtil har brugt for eksempel til at lave spektroskopi, været en begrænsende faktor.

»Da den lyskilde, vi nu har fremstillet, er størrelsesordener kraftigere, end dem man hidtil har brugt, kan den trænge dybere ind i alt, også materiale, der indeholder vand,« siger Ole Bang.

Sådan har forskerne gjort

Ole Bang og hans gruppe har brugt avancerede lasere til at danne midt-infrarødt lys i de nye optiske fibre, som de har fået fabrikeret på University of Nottingham.

De bittesmå glasfiberkabler, som er omkring 300 mikrometer i diameter med en fiberkerne-diameter på kun godt 16 mikrometer, viste sig at være eminente til at danne og transportere midt-infrarødt lys i en ekstremt koncentreret stråle:

Fiberen, som er lavet af chalcogenider (As2Se3 og Ge10As23.4Se66.6), er op til en faktor 1.000 bedre til at danne superkontinuum end de normale silica-baserede glasfibre, der bruges til telekommunikation.

»De optiske fibre, som kan transportere lys i det midt-infrarøde spektrum, der bruges i dag, taber meget lys undervejs, specielt ved bølgelængder over 8 mikrometer. Det glasfiberkabel, vi har fået fremstillet, holder lyset samlet helt ud til rekorden på 13,3 mikrometer.«

»Det betyder, at man kan rette en ekstremt kraftig lyskilde præcis mod det materiale, man gerne vil undersøge,« siger ph.d.-studerende Christian Rosenberg Petersen, der har været en af hovedkræfterne bag eksperimenterne i laboratoriet på DTU Fotonik.

Indtil videre har forskerne fra DTU udelukkende slået verdensrekorden i at bruge infrarøde lasere inde bag laboratoriets vægge, men planen er, at teknikken fremover skal udvikles, så den kan bruges i hurtige, præcise og håndterbare stråleapparater i fødevareindustrien, på hospitaler, i forsvaret og andre steder. 

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.