Grudziądzka 5, 87-100 Toruń
tel.: +48 56 611 3310
fax: +48 56 622 5397

Biofotonika i inżynieria optyczna

Każdego dnia otoczeni jesteśmy światłem naturalnym i sztucznym. Światło jest narzędziem wykorzystywanym przez prawie wszystkich w naszym codziennym życiu.

W Katedrze Biofotoniki i Inżynierii Optycznej zaprzęgamy światło do pracy w sposób niecodzienny. Za jego pomocą chcemy zaglądać do wnętrza organizmu ludzkiego i uzyskiwać informację o jego stanie. Liczymy na to, że w przyszłości nasze badania umożliwią wczesne, szybkie, bezpieczne i tanie diagnozowanie wielu chorób. Na celowniku są choroby widzenia (np. jaskra), choroby neurodegeneracyjne (np. stwardnienie rozsiane) czy schorzenia ogólnoustrojowe (np. nadciśnienie).

Metody rozwijane przez nas nie ograniczają się do diagnostyki medycznej. Mogą być stosowane np. w biologii do obserwacji procesów zachodzących w pojedynczych żyjących komórkach czy krążenia krwi w mózgach małych zwierząt w badaniach nad udarem. Interesującą aplikacją są pomiary grubości warstw malarskich w obrazach. Z powodzeniem stosujemy je, we współpracy z muzeami w całej Europy, do badania dzieł wielkich mistrzów (Leonardo da Vinci, Rubens czy van Gogh).

Podstawową metodą, którą rozwijamy jest tomografia optyczna OCT (ang. Optical Coherence Tomography). W tej metodzie wiązka światła wnika do obiektu i rozprasza się w jego wnętrzu. Niewielka ilość rozproszonego światła wraca do układu optycznego, jest interferometrycznie wzmacniana i rejestrowana przez odpowiednio zaprojektowane detektory. Następnie, dzięki wykorzystaniu odpowiednich metod analizy danych, zarejestrowany sygnał przetwarzany jest na informację o wewnętrznej budowie badanego obiektu i możliwe jest stworzenie trójwymiarowych obrazów obiektów bezdotykowo i bez ich uszkadzania. Bogactwo informacji niesionej przez światło o obiekcie pozwala również na taką modyfikację metody OCT, że nadaje się ona do wykrywania ruchu oraz składu chemicznego.

Wyjątkowo wdzięcznym obiektem do obrazowania metodami optycznymi jest ludzkie oko. Jest łatwo dostępne, przezroczyste dla światła, bogato ukrwione i unerwione. OCT dostarcza szczegółowe trójwymiarowe obrazy siatkówki, mapy sieci naczyń krwionośnych oraz poziom utlenowania krwi. To pozwala na ocenę poziomu zaawansowania chorób i wspomaga określenie planu leczenia. Informacje uzyskiwane za pomocą OCT są uzupełniane przez dane otrzymywane innymi rozwijanymi przez nas metodami optycznymi. Jedna z nich wykorzystuje fakt, że ludzkie oko jest w nieustającym ruchu, niezbędnym do prawidłowego działania ośrodka widzenia jako całości. Opracowany przez nas prototyp urządzenia śledzącego ruch siatkówki oka ludzkiego pozwoli na obserwację zmian zachodzących w przebiegu chorób neurodegeneracyjnych, a przy okazji usprawni proces pomiaru wykonywanego za pomocą OCT. Inna metoda optyczna wykorzystuje nowo odkryte przez nas zjawisko widzenia dwufotonowego, widzenia światła z zakresu podczerwieni (normalnie niemożliwego do zobaczenia; widzen). Widzenie dwufotonowe, może okazać się bardziej przydatne do precyzyjnej diagnostyki oka niż standardowe metody, w szczególności dla osób z zaćmą oraz schorzeniami siatkówki związanymi z wiekiem.

Sama technika OCT stosowana jest również w badaniach biologicznych, gdzie uzupełnia tradycyjną mikroskopię w szybkim trójwymiarowym obrazowaniu obiektów biologicznych, takich jak pojedyncze komórki z rozdzielczością rzędu pojedynczych mikrometrów. Skonstruowane w Katedrze Biofotoniki i Inżynierii Optycznej takie układy mikroskopowe zostały użyte do obrazowania struktury i sieci naczyń krwionośnych w mózgach gryzoni i są wykorzystywane w ocenie efektów zastosowania wybranych metod leczenia udaru niedokrwiennego. Z sukcesem użyto ich również do obrazowania mysich komórek jajowych i zarodków na wstępnym etapie rozwoju w sposób dużo mniej inwazyjny i bezpieczniejszy niż dotychczas stosowane metody obrazowania bazujące na mikroskopii fluorescencyjnej.

Badacze z Katedry Biofotoniki i Inżynierii Optycznej wchodzą w skład Priorytetowego Obszaru Badawczego „Od optyki fundamentalnej do zastosowań biofotonicznych”. Badania finansowane są z licznych grantów Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, Narodowego Centrum Nauki, Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, a także z programów realizowanych w ramach programu Horyzont 2020. Badania prowadzone są we współpracy z naukowcami z zagranicy oraz przedsiębiorcami.