Biofotonika klasyczna i kwantowa : substancje, zjawiska, instrumentarium. Cz. 1, Obszary badawcze, korelacje i procesy

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2023.3.1

Warianty tytułu

EN

Classical and Quantum Biophotonics : substances, phenomena, instruments. Part 1, Research areas, correlations and processes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Postępy w funkcjonalizacji zjawisk kwantowych, co ujęto w dyscyplinę określaną jako informacyjne techniki kwantowe ITK, stanowią istotny element rozwoju zupełnie odmiennych dyscyplin, w tym biofotoniki kwantowej. Jednym z ważnych technik badawczych w biologii jest wykrywanie słabego światła używanego w systemowych badaniach biologicznych, testach biologicznych, bioprodukcji, a także w diagnostyce medycznej. Opanowanie technik generacji na żądanie, a szczególnie detekcji pojedynczych fotonów, w połączeniu z kwantowo-optycznymi metodami przetwarzania danych otwarło fundamentalnie nowe fotoniczne możliwości metrologiczne związane z obserwacją warunków zjawisk bio-optycznych w pojedynczej molekule. W tym właśnie obszarze ultra-precyzyjnych optycznych pomiarów pojedynczej molekuły została przyznana Nagroda Nobla z Chemii w roku 2014 - super-rozdzielcza mikroskopia fluorescencyjna. Od tego czasu badania i zastosowania w obszarze biofotoniki kwantowej znacznie rozszerzyły się, obejmując wiele technik mikroskopowych, tomograficznych, obrazowania, ultra-czułej detekcji biochemicznej, ultra-precyzyjnej fotonicznej manipulacji molekularnej. Biofotonika kwantowa rozwija się dynamicznie jako wspólny obszar biologii kwantowej i optyki kwantowej. Poprzez wyposażenie instrumentalne, pomiarowe i aplikacyjno-funkcjonalizujące, biofotonika kwantowa jest ściśle związana z takimi dyscyplinami jak inżynieria biomedyczna, fizyka biomedyczna, biochemia, metrologia optyczna i elektroniczna oraz ICT.

EN

Advances in the functionalization of quantum phenomena, which are now included in the discipline known as quantum information techniques, constitute an important element in the development of completely different disciplines, including quantum biophotonics. One of the important research techniques in biology is the detection of low light used in system biological research, bioassays, bioproduction as well as in medical diagnostics. Mastering the techniques of generation on demand, and especially the detection of single photons, combined with quantum-optical methods of data processing, opened fundamentally new photonic metrological possibilities related to the observation of the conditions of bio-optical phenomena in a single molecule. It was in this area of ultra-precise optical measurements of a single molecule that the Nobel Prize in Chemistry in 2014) super-resolved fluorescence microscopy) was awarded. Since then, research and applications in the field of quantum biophotonics have significantly expanded to include many techniques of microscopy, tomography, imaging, ultra-sensitive biochemical detection, and ultra-precise photonic molecular manipulation. Quantum biophotonics is developing dynamically as a common area of quantum biology and quantum optics. Through instrumental, measuring and application-functionalizing equipment, quantum biophotonics is closely related to biomedical engineering, bio- medical physics, biochemistry, optical and electronic metrology, and ICT.

Słowa kluczowe

PL

biofizyka; biofotonika; biochemia; fotobiologia; optyka kwantowa; czujnik kwantowy; komputing kwantowy; źródła i detektory jednofotonowe; nanobiotechnologie

EN

biophysics; biophotonics; photobiology; biochemistry; quantum optics; quantum sensors; quantum computing; single photon sources and detectors

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 64, Nr 3
• Strony: 4--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Biophotonics, 2023, Photonics Media [photonics.com]
• [2] Biophotonics, 2023, [en.wikipedia.org/wiki/Biophotonics]
• [3] Neurophotonics, SPIE 2023, [spiedigitallibrary.org/journals/ neurophotonics]
• [4] Optica Biophotonics Congress, 2023, [optica.org/en-us/events/congress/biophotonics_congress/]
• [5] A. K. Bakhashi, 1994, Investigation of electronic conduction in proteins and DNA, PBMB 61(3), 187-253.
• [7] K. Goda, 2019, Biophotonics and beyond, APL Photonics, doi:10.1063/1.5100614.
• [8] STORM/PALM laboratory exercises at UIUC, 2016.
• [9] Optogenetics: a decade of illuminating biology, 2015 [nature. com/collections/tqxhytcpwh]
• [10] American Society for Photobiology, 2023 [photobiology.org]
• [11] Photochemistry and Photobiology, 2023, Wiley [onlinelibrary. wiley.com/journal/17511097]
• [12] European Society for Photobiology, 2023 [photobiology.eu]
• [13] Journal of Photochemistry and Photobiology, 2023 [sciencedi-rect.com/journal/journal-of-photochemistry-and-photobiology]
• [14] Congress of the European Society for Photobiology, August 27-31,2023 Lyon, [photobiolyon.sciencesconf.org/]
• [15] Lumiblast, a paradigm shift in cancer therapy, 2021 [lumiblast.eu/]
• [16] A. H. Zewail, 2000, Femtochemistry: past, present and future, Pure Appl.Chem. , 72(12) 22119-2231.
• [17] A. Rosetta, et al., 2022, The BrightEye-TTM as open-source time-tagging module for democratising single-photon microscopy, Nature Communications 13, 7406.
• [18] E. Śliwińska, 2002, Białko zielonej fluorescencji - ekologiczny marker transformacji genetycznej i narzędzie obserwacji procesów w żywej komórce, Prace Przeglądowe ATR Bydgoszcz, 56(1), 129-135.
• [19] P. Roy, et al., 2023, Ultraviolet nanophotonics enables autofluorescence correlation spectroscopy on label-free proteins with a single tryptophan, Nano Lett., 23(2), 497-504.
• [20] L. M. Bateman, et al., 2023, Preclinical evaluation of molecularly targeted fluorescent probes in perfused amputated human limbs, JBO 28(8), 082802.
• [21] M. A. Tabrizi, etal, 2021, A photo-electrochemical aptasensor for the determination of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 receptor-binding domain by using graphitic carbon nitride-cadmium sulfide quantum dots nanocomposite, Sensors and Actuators B: Chemical 345, 130377 .
• [22] M. A. Tabrizi, et al, 2022, An ultrasensitive molecularly imprinted polymer-based electrochemical sensor for the determination of SARS-CoV-2-RBD by using macroporous gold screen-printed electrode, Biosensors and Bioelectronics, 196, 113729.
• [23] A. L. Santos, et al., 2023, Visible-light-activated molecular machines kill fungi by necrosis following mitochondrial dysfunction and calcium overload, Wiley OL Advanced Science 2205781.
• [24] A. L. Santos, et al., 2022, Light-activated molecular machines are fast-acting broad-spectrum antibacterials that target the membrane, Science Advances 8(22).
• [25] J. Li, et al., 2022, Opto-thermocapillary nanomotors on solid substrates, ACS nano 16(6) 8820-8826.
• [26] R. Toyoda, et al., 2022, Synergistic interplay between photoisomerization and photoluminescence in a light-driven rotary molecular motor, Nature Communications 13, 5765.
• [27] H. Lambers, et al., 2022, Fiber-based lactate recordings with fluorescence resonance energy transfer sensors by applying a magnetic resonance-informed correction of hemodynamic artifacts, Neurophotonics 9(3), 032212.
• [28] P. R. Gleason, et al., 2021, Structural origins of altered spectroscopic properties upon ligand binding in proteins containing fluorescent noncanonical amino acid, Biochemistry 60(34) 2577-2585.
• [29] A. Barbero-Castillo, et al., 2021, Control of brain state transitions with photoswitchable muscarinic agonist, Advanced Science 8(14) 2005027.
• [30] Q Zhou, et al., 2021, Diffuse optical localization imaging for noninvasive deep brain microangiography in the NIR-II window, Optica 8(6) 796-803.

Uwagi

Błędna numeracja bibliografii

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).