Благодаря новому методу ученым удалось получить детальные изображения растений сорго, используя освещение, которое в тысячу раз слабее звездного. Эта технология позволяет проводить исследования, не нанося вред растениям.
Для достижения различных хозяйственных целей, включая производство биотоплива, необходимо изучать растения, оптимизировать их рост и поддерживать здоровье, чтобы добиться максимального урожая и устойчивости к болезням, вредителям и неблагоприятным погодным условиям.
С помощью метода, не оказывающего негативного воздействия на живые организмы, ученым из США удалось наблюдать за процессами, протекающими в сорго. Исследование опубликовано в журнале Optica.
Для детального изучения процессов, происходящих в растении, зачастую необходимо его срезать, вводить внутрь специальные «метки» или воздействовать вредным уровнем светового излучения, что вызывает стресс или повреждает ткани. Использование меток и красителей позволяет исследователям наблюдать за деталями растения и его состоянием на микроуровне, однако может приводить к нарушению естественных процессов, протекающих внутри растения.
Метод квантовой призрачной визуализации (Quantum Ghost Imaging, QGI) благодаря этой технологии возможно получение изображений даже при минимальном освещении. Кроме того, она повышает качество снимков в тех участках спектра, где обычные камеры не справляются и не позволяют получить четкое изображение. Метод использует эффект спонтанного параметрического двойного рассеяния ( SPDC) для генерации сгенерированной пары фотонов используется процесс, в ходе которого один фотон, именуемый сигналом, предназначен для формирования изображения, а другой, называемый идлером, служит для измерения и корреляции с сигналом. Эти фотоны характеризуются различной длиной волны: сигнальный фотон находится в инфракрасном диапазоне, а идлер – в видимом.
Идлер проходит через растение, взаимодействует с содержащейся в нем водой и попадает на свой детектор, сигнальный фотон — в другой, свой. После сопоставления информации от двух детекторов исследователи могут делать выводы об объекте, на который было направлено излучение, и строить изображение
Растения сорго, кинзы и папоротника были подвергнуты воздействию светового потока с интенсивностью три аттоватт на квадратный сантиметр. Затем, с использованием инфракрасного излучения, исследователи зафиксировали наличие определенных химических соединений и видимого света, обнаруживаемых в этом диапазоне.
Метод, не оказывающий влияния на растительность, предполагает изучение образца при определенной длине волны излучения, а изображение создается с использованием коррелированных фотонов другой длины волны. Разделение спектра устраняет необходимость в высокочувствительных детекторах в ближнем инфракрасном диапазоне, снижая требуемую интенсивность освещения. Чтобы уловить прошедший через растение свет, оказалось достаточно детектора одиночных фотонов.
Ученым удалось получить квантовую призрачную визуализацию с исключительной чувствительностью и контрастностью. В ходе экспериментов растения не получили никаких повреждений.
Используя бесконтактную инфракрасную визуализацию, исследователи способны получать ценную информацию о важнейших процессах, протекающих в живом растении, непосредственно наблюдать процессы фотосинтеза и колебания содержания воды.
Применение QGI расширяет возможности биовизуализации при экстремально низкой освещенности. Это важно для работы с чувствительными к свету образцами — некоторые ткани растений деградируют под определенным излучением.