アストン大学研究者、医療診断を変革する新しい光技術を開発

November, 6, 2024, Birmingham--アストン大学の研究者は、非侵襲的な医療診断と光通信に革命をもたらす可能性のある光を使用した新しい技術を開発した。

この研究は、軌道角運動量(OAM)と呼ばれる光の一種を利用して、皮膚やその他の生体組織を介したイメージングとデータ伝送を改善する方法を示している。

Igor Meglinski教授が率いるチームは、OAM光が比類のない感度と精度を持っていることを発見し、その結果、手術や生検などの手順が不要になる可能性があることを発見した。さらに、医師が病気の進行を追跡し、適切な治療オプションを計画できるようになる可能性がある。

OAMは、構造化された光ビームの一種として定義され、これは調整された空間構造を持つ光場である。ボルテックスビーム(渦ビーム)と呼ばれることが多く、これまでは天文学、顕微鏡、イメージング、計測、センシング、光通信など、様々なアプリケーションで多くの開発に適用されてきた。

Meglinski教授は、フィンランドのオウル大学(University of Oulu)の研究者と共同で研究を行い、その詳細は論文「Phase preservation of orbital angular momentum of light in multiple scattering environment」に説明されている。その後、この論文は、国際的な光学およびフォトニクスの会員組織であるOpticaによって、その年の最もエキサイティングな研究の1つに選ばれた。

この研究は、OAMが通常の光信号とは異なり、散乱性の高い媒体を通過する場合でもその位相特性を保持していることを明らかにした。これは、屈折率に対して最大0.000001の精度で非常に小さな変化を検出できることを意味し、現在の多くの診断技術の能力をはるかに上回っている。

アストンフォトニック技術研究所を拠点とするMeglinski教授は、「OAM光が濁った、または曇った散乱媒体を通過できることを示すことにより、この研究は高度な生物医学的応用の新たな可能性を開く」とコメントしている。

「たとえば、この技術は、血糖値を監視するためのより正確で非侵襲的な方法につながる可能性があり、糖尿病患者にとってより簡単で痛みの少ない方法を提供できる」。

研究チームは、様々なレベルの濁度と屈折率を持つ媒体を介してOAMビームを透過する一連の制御実験を実施した。チームは、干渉法やデジタルホログラフィなどの高度な検出技術を使用して、光の振る舞いを捕捉し、分析した。その結果、実験結果と理論モデルとの一貫性が、OAMベースのアプローチの能力を際立たせていることを確認した。

研究チームは、その研究結果が様々な変革的アプリケーションへの道を開くと考えている。OAM光の初期位相を調整することで、将来的にはセキュア光通信システムや高度なバイオメディカルイメージングなどの分野での革命的な進歩が可能になると考えている。

Meglinski教授は、「正確で非侵襲的な経皮的グルコースモニタリングの可能性は、医療診断における大きな飛躍を表している。

「われわれのチームの方法論的フレームワークと実験的検証により、OAM光が複雑な散乱環境とどのように相互作用するかを包括的に理解することができ、将来の光学センシングおよびイメージングの課題に対する汎用性の高い技術としての可能性が強化される」とコメントしている。