由于采用了一种新的摄影技术，已经拍摄到通过单个生物细胞的微观冲击波。纳秒摄影使用超快的电子相机以十亿分之一秒的速度拍摄图像。但是，图像质量和曝光时间通常受到限制。现在，由东京大学研究人员领导的一个团队已经使用他们称为频谱电路的系统实现了在多个时间尺度上高速拍摄的超精细图像。光谱电路弥合了光学成像和传统电子相机之间的差距，能够以超快的速度进行摄影，同时减少模糊和提高准确性。该技术在科学、医学和工业方面具有潜在的应用前景。
您正在用相机等待合适的时机。突然间，你的拍摄对象飞驰而过，你几乎没有按下快门。错过了。在摄影中，时间可以决定一切，高速捕捉图像是一个特殊的挑战。但是由于相机技术的进步，如今我们可以以前所未有的方式看到世界。无论是赛车手额头上的汗水，还是俯冲的猎鹰眼中的焦点，还是随着纳秒摄影的最新改进，冲击波高速穿过微观单细胞的运动。
“据我们所知，这是历史上第一次直接观察到生物细胞与冲击波之间的相互作用，并通过实验证明冲击波在细胞内传播的速度比细胞外快，”东京大学精密工程系博士生Takao Saiki解释说。“此外，我们的方法使我们能够在很宽的时间范围内展示高速摄影，包括皮秒、纳秒和毫秒的时间尺度。
在不影响细胞结构或造成损伤的情况下捕获细胞的清晰图像是非常具有挑战性的。为了安全地拍摄图像，研究人员开发了一种精密光学电路，一种使用光而不是电的电路，他们将其命名为光谱电路。通过频谱电路，他们创造了无损的激光脉冲，他们将其设置为在不同的时间发射。通过将这项技术与现有的单次光学成像技术相结合，他们能够拍摄出比以前更高的清晰度和更少的模糊度的一系列图像。
该团队使用相同的技术来研究激光烧蚀对玻璃的影响。激光烧蚀可用于从表面精确去除固体材料，并用于工业和医学。研究人员将一个只有35飞秒长的超短激光脉冲聚焦在玻璃板上。利用光谱电路，他们观察了激光的影响、产生的冲击波，以及它在皮秒、纳秒和毫秒内对玻璃的影响。
“我们可以看到不同物理过程之间的相互作用随着时间的推移而发生，以及它们是如何形成的，”东京大学生物工程系和精密工程系副教授Keiichi Nakagawa说。“我们的技术使我们能够观察和分析这种超快过程，从而有机会揭示有用但未知的高速现象。
“接下来，我们计划使用我们的成像技术来可视化细胞如何与声波相互作用，就像超声波和冲击波疗法中使用的声波一样。通过这样做，我们旨在了解激活人体后续治疗效果的主要物理过程。该团队还希望使用光谱电路来改进激光加工技术，通过确定物理参数来实现更快、更精确、更一致和更具成本效益的制造。
“我们一直着迷于可视化在理解复杂现象方面的力量。有机会发现和展示以前隐藏的世界部分，这确实吸引了我们进入这个领域，“中川说。“我们期望在各个领域做出广泛的贡献，从生物医学到制造、材料、环境和能源。
