Biofotonika
Biofotonika je interdisciplinarna naučna oblast i jedna od oblasti fotonike koja se bavi stvaranjem, manipulacijom i detekcijom svetlosti odnosno fotona kao kvantnih jedinica svetlosti. Biofotonika objedinjuje tehnologije za stvaranje, manipulaciju i detekciju fotona, koje se tradicionalno razvijaju u okviru fizike, elektrotehnike i optoelektronike, i koristi prirodne procese kao što su apsorpcija, emisija i rasejanje svetlosti, koje se tradicionalno izučavaju u okviru fizičke hemije, kako bi se okaraketrisale fizičko-hemijske osobine živih sistema i utvrdile molekularne osnove bioloških procesa.[1]
Kao i fotonika i biofotonika je izrazito multidisciplinarna oblast, koja se kombinujući biomedicinu i fotoniku, primenjuje u istraživanjima molekula, ćelija i tkiva, u otkrivanju struktura bioloških uzoraka, u primeni novih nano materijala i fotoničnih struktura za detektovanje tragova biološkog materijala, u razvoju novih metoda i tehnika visoke rezolucije za vizualizaciju ćelija i procesa koji se u njima odvijaju.[2]
Biofotonika se uglavnom fokusira na poboljšanje medicinskih dijagnostičkih sposobnosti (na primer u oblasti tumora ili zarazne bolesti), ali se takođe može koristiti za ekološke ili druge namene. Glavne prednosti ovog pristupa su brzina analize, neinvazivnost dijagnostike i mogućnost rada na licu mesta.
Istorija[uredi | uredi izvor]
Istorijski gledano, praocem biofotonike u 17. veku, može se smatrati Antonije van Levenhuk koji je tvorac nekih od prvih mikroskopa, uz pomoć koga je bio u stanju da sprovede prva istraživanja o mikroorganizmima i ćelijama.[3]
Još jedan od pionir biofotonike može se smatrati Robert Koh, koji zajedno sa Ernstom Abeom radio na novim tehnikama i poboljšanjima optičkih mikroskopa. Ova interdisciplinarna saradnja bila je jedan od temelja revolucionarnih otkrića Roberta Koha.[4]
Druga prekretnica bio je razvoj faznokontrastne mikroskopije od strane Frica Zernikea, uz čiju pomoć je mogla da se fotografiše prva ćelijska deoba.[5]
Jedan aspekt biofotonike koji se bavi spontanom emisijom svetlosti iz biološkog tkiva seže u rad ruskog biologa Aleksandra Gurviča iz 1920 -ih. Posle eksperimenata sa klijavim lukom, on je sugerisao da žive ćelije emituju veoma slabo svetlosno zračenje, koje je nazvao mitogenetskim zračenjem i pretpostavio da bi ovo zračenje moglo da izazove deobu ćelija ( mitozu).
Savremena biofotonika koja je u suštini nastala krajem 1990-ih, kroz razvoj moderne laserske tehnologijedanas danas je našla primenu u ispitivanju bioloških tkiva. .
Opšte informacije[uredi | uredi izvor]
Biofotonika proučava različite aspekte interakcije bioloških objekata i fotona. Pre svega, to se tiče emisije, detekcije, apsorpcije, refleksije, modifikacije i generisanja elektromagnetnog zračenja u svetlosnom opsegu ili blizu njega u različitim biološkim objektima (na primer u molekulima, ćelijama, tkivivima, organizmima i materijalima).
| Oblast | Zadaci |
|---|---|
| Prva oblast | Ova oblast istraživanja (koja se obično naziva terminom biofotonika) zanovana je na upotrebi svetlosti za dobijanje informacija o stanju bioloških objekata. Odnosno, korišćenje optičkih metoda za proučavanje i dijagnozu bioloških molekula, ćelija i tkiva. U ovom slučaju, jedna od glavnih prednosti je očuvanje integriteta membrane proučavanih ćelija . |
| Drugi oblast | Ova oblast istraživanja (tradicionalnija i razvijeniji), jeste upotreba svetlosti kao instrumenta kojim se ostvaruje uticaj na biološka tkiva, odnosno kao nosioca energije, na primer, u hirurgiji ili terapiji . |
Primena[uredi | uredi izvor]
Primena biofotonike zasnovana na zračenju prenosi energiju pa je kao takva pogodna za terapiju, hirurgiju, fabrikaciju nano struktura, itd.
U biofotonici se koristi i mogućnost zračenja u cilju pobuđivanja materije kako bi se preko detektovane emisije zračenja dobile informacije o materiji i njenim svojstvima.
Sve veće primene biofotonike sreće se u:[6]
- preventivnoj medici,
- biomedicinskim istraživanjima,
- medicinskoj dijagnostici
- kvalitetnijem lečenju,
- farmaciji,
- većim prinosima hrane u poljoprivredi,
- efikasnijoj zaštiti čovekove sredine.
- proizvodnji novih materijala koji imitiraju poželjne karakteristike živih bića.
Neki primeri metoda biofotonike[uredi | uredi izvor]
Upotreba Fersterovog rezonantnog prenosa energije[uredi | uredi izvor]
Takozvani Ferster rezonantni prenos energije ( FRET) je nazvan po nemačkom fizičaru Teodoru Foersteru koji ga je opisao 1946. godine. Metoda se zasniva na fenomenu fluorescencije kada se energija prenosi između dva hromofora, donora i akceptora, što se dešava bez međuemisije fotona i rezultat je dipol-dipol interakcije između njih. Foersterov transfer je postao jedna od najčešće korišćenih metoda u biofotonici, jer omogućava istraživanje čak i subćelijskom okruženju.
Optogenetika[uredi | uredi izvor]
Optogenetika, jedna od biofotonskih tehnika koja se koristi za istraživanje nervnih ćelija. Zasniva se na uvođenju, metodom genetskog inženjeringa, u njihovu membranu posebnih kanala – opsina koji reaguju na pobuđivanje svetlošću, što se obezbeđuje upotrebom lasera i optoelektronske opreme .
Laserski skalpel[uredi | uredi izvor]
U biofotonici, metoda sečenja, ablacije i sinterovanja (spajanja) ivica živog biološkog tkiva zasniva se na korišćenju laserskog skalpela.[7] Njegova važna prednost u poređenju sa konvencionalnim skalpelom je niska invazivnost operacije zbog male širine reza, istovremene koagulacije krvnih sudova i značajnog smanjenja krvarenja. Pored toga, lasersko zračenje je apsolutno sterilno. Kao rezultat navedenog, period zarastanja rana se smanjuje za dva do tri puta.
Obrazovanje kadrova[uredi | uredi izvor]
Zbog interdisciplinarne prirode biofotonike obrazovanje stručnjaka ne može da se odvija u okviru pojedinačnih fakulteta i postojećih programa doktorskih studija, već zahteva tesnu saradnju između fakulteta i naučno-istraživačkih ustanova koja se efikasno može ostvariti u okviru pojedinih Univerziteta.[8]
Tako npr. Studijski program doktorskih studija biofotonika na Beogradskom univerzitetu čini 20 predmeta koji mogu da se svrstaju u 3 celine:[8]
- Uvodni i opšti predmeti,
- Biomedicinsko oslikavanje (imidžing),
- Biološki senzori-biomedicinko očitavanje.
Vodeći svetski centri fotonike[9][uredi | uredi izvor]
Rusija[uredi | uredi izvor]
U Rusiji vodeći nastavni centar fotonike je Sanktpeterburški nacionalni istraživački univerzitet informacionih tehnologija, mehanike i optike. Obuka je dobro organizovana na Novosibirskom državnom univerzitetu, Moskovskom institutu za fiziku i tehnologiju i Nacionalnom istraživačkom nuklearnom univerzitetu MEPhI. U Skoltehu stvorene su dve prvoklasne, dobro opremljene laboratorije, a nakon preseljenja u novi kampus početkom 2018. godine, počeće sa radom još dve nove laboratorije.
Sjedinjene Američke Države[uredi | uredi izvor]
U Sjedinjenim Američkim Državama, najveći optički centri se nalaze na univerzitetima u Arizoni, Floridi i Ročesteru. Na Tehnološkom institutu Masačusetsa gradi se moćan centar, a postoji i nekoliko veoma poznatih laboratorija u nizu velikih univerziteta, poput Kolumbije, Kornela, Univerziteta Kalifornije, Berklija.
Velika Britanija[uredi | uredi izvor]
Veliki engleski centri fotonike nalaze se na univerzitetima u Sautemptonu i Astonu, na Imperijal koledžu u Londonu, Oksfordu i Kembridžu.
Nemačka[uredi | uredi izvor]
U Nemačkoj je fotonika veoma dobro zastupljena na univerzitetima u Karlsrueu i Maks Plank institutu za nauku o svetlosti u Erlangenu.
Ostali centri[uredi | uredi izvor]
Dobro razvijene optički centri nalaze se i u Singapuru, Japanu, Tajvanu i Kini i Južnoj Koreji.
Izvori[uredi | uredi izvor]
- ^ „Studije pri Univerzitetu > Biofotonika”. Univerzitet u Beogradu. Arhivirano iz originala 18. 06. 2022. g. Pristupljeno 2023-07-11.
- ^ Spie (2015). „Gabriel Popescu plenary talk: Bridging Molecular and Cellular Biology with Optics”. SPIE Newsroom. doi:10.1117/2.3201503.18.
- ^ Goes, Frank Joseph (2013). The Eye in History. JP Medical Ltd. ISBN 978-93-5090-274-5.
- ^ Tan, S. Y.; Berman, E. (2008). „Robert Koch (1843-1910): father of microbiology and Nobel laureate”. Singapore Medical Journal. 49 (11): 854—855. PMID 19037548.
- ^ Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
- ^ Krafft, Christoph (2016). „Modern trends in biophotonics for clinical diagnosis and therapy to solve unmet clinical needs”. Journal of Biophotonics. 9 (11–12): 1362—1375. PMID 27943650. S2CID 28680916. doi:10.1002/jbio.201600290..
- ^ „BioTechniques - NEWS: New laser microscalpel to target diseased cells”. 2017-12-06. Arhivirano iz originala 06. 12. 2017. g. Pristupljeno 2022-06-13.
- ^ a b „Studije pri Univerzitetu > Biofotonika”. Univerzitet u Beogradu. Arhivirano iz originala 18. 06. 2022. g. Pristupljeno 2022-06-13.
- ^ „Ilьdar Gabitov: «Biofotonika napravlena kak na izučenie osnov živыh sistem, tak i na prodlenie žizni čeloveka» — vse samoe interesnoe na PostNauke”. postnauka.ru (na jeziku: ruski). Pristupljeno 2023-07-11.
Literatura[uredi | uredi izvor]
- Susanne Liedtke, Jürgen Popp (2006), Laser, Licht und Leben - Techniken in der Medizin (na jeziku: nemački), ISBN 3-527-40636-0
- Jürgen Popp, Marion Strehle (eds.) (2006). Biophotonics - Visions for Better Health Care. ISBN 3-527-40622-0.
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Ilьdar Gabitov: Biofotonika napravlena kak na izučenie osnov živыh sistem, tak i na prodlenie žizni čeloveka - www. postnauka.ru
| Normativna kontrola: Državne |
|---|
