Интересные оптические эффекты встречаются в самых простых организмах. Хламидомонада — род одноклеточных зелёных водорослей, способных к фотосинтезу. Они имеют жгутики, которые нужны для перемещения - в том числе по направлению к свету или от него.

Чтобы определить, в каком направлении нужно двигаться, хламидомонада имеет специальный глазок. Его схема показана на картинке (взята отсюда). Помимо светочувствительных элементов - рецепторов родопсина - клетке необходим "экран", который блокирует свет с одной стороны. Без "экрана" рецепторы реагировали бы на свет, приходящий со всех сторон, ведь клетка сама по себе прозрачная.

В качестве экрана хламидомонада использует слой гранул с каротиноидами. Но это не просто поглотители света. Гранулы аккуратно расположены слоями, между которыми расположены слои без пигментов. Все эти слои имеют толщину около 70 нм и образуют структуру, очень похожую на Брэгговское зеркало.

Брэгговское зеркало - структура, часто применяющаяся в фотонике, которая состоит из чередующихся слоев двух различных оптических материалов. Наиболее часто используется конструкция в виде четвертьволнового зеркала, где толщина каждого оптического слоя соответствует четверти длины волны, для которой разработано зеркало.

В случае хламидомонады максимальное отражение получается в диапазоне длин волн около 420-510 нм (видимый свет). Аналогия между глазком хламидомонады и четвертьволновым зеркалом была впервые описана в статье Forster & Smith, "Light Antennas in phototactic algae", Microbiological reviews, 1980 год. В этой статье авторы показывают, что глазок хламидомонады - это "multilayer quarter-wave stack antenna", и именно направленность этой антенны помогает клетке двигаться к свету.

#образовательное

Сегодня на лекции по биофотонике рассматривали явление интерференции, которое приводит к таким красивым зависимостям, как на первой картинке (взята отсюда). Прелесть этого явления в том, что его просто описать математическим языком и понять физически: есть рассеивающие центры, есть разность хода лучей, которая зависит от положения детектора, поэтому и возникает осциллирующая зависимость от углов рассеяния.

Если рассеивающие центры стабильны, то и интерференционная картина не будет меняться. А если они движутся, то максимумы и минимумы смещаются. На этом основан метод визуализации сосудов Laser Speckle Contrast Imaging. Ткань освещается монохроматическим светом, камера регистрирует интерференционную картину, потом всё это усредняется по времени. Так как в сосудах движутся эритроциты (которые хорошо рассеивают свет), интерференционная картина замывается и при усреднении по времени даёт почти нулевой результат. Можно получить чёткие изображения сосудов - например, как на второй картинке (взята из этой статьи).

Мы решили на следующей лекции воспроизвести этот метод "вживую". Кто-нибудь из подписчиков пробовал такое сделать?

#лекции

Наш стенд на форуме «Золотая Долина» !

#события