Laboratorium Procesów Ultraszybkich (UPL)

Badamy własności fotofizyczne nowych materiałów fotoaktywnych, takich jak np. fotouczulacze stosowane w tzw. terapii fotodynamicznej za pomocą stacjonarnych i czasowo-rozdzielczych technik spektroskopowych. Analizując oddziaływanie tych materiałów ze światłem i badając wpływ środowiska, w jakim się znajdują na ich fotofizykę, możemy przyczynić się do optymalizacji własności nowych materiałów.

Silne fale ultradźwiękowe propagujące się w cieczy wytwarzają gwałtownie zapadające się mikrobąbelki (bąbelki kawitacyjne), w których temperatura osiąga tysiące kelwinów. Skutkuje to zachodzeniem reakcji chemicznych w gorącym środowisku bąbelków (tzw. reakcji sonochemicznych) i powstawaniem nowych cząsteczek. Zjawisko to można wykorzystać do syntezy nowych materiałów, a analizując emitowane z bąbelków światło można wyciągnąć wnioski o procesach zachodzących w trakcie wywołanej ultradźwiękami reakcji. Za pomocą stacjonarnej i czasowo-rozdzielczej spektroskopii próbujemy badać procesy sonochemiczne i wykorzystywać je do wytwarzania materiałów fotoaktywnych.

Tworzenie i zrywanie wiązań chemicznych, czy zmiany strukturalne w cząsteczkach chemicznych zachodzą w czasach dużo krótszych niż jedna pikosekunda. Badanie tak szybkich zjawisk możliwe jest jedynie dzięki wykorzystaniu ultrakrótkich, trwających femtosekundy impulsów światła laserowego: jednym impulsem można zainicjować badany proces a drugim, opóźnionym w stosunku do pierwszego o zadany czas, monitorować jego przebieg. Wykorzystując ten schemat badamy dynamikę elementarnych reakcji chemicznych, np. polegających na przeniesieniu atomu wodoru, co pozwala m. in. weryfikować kwantowe modele używane do ich opisu.

Dotychczas światło rzadko było rozważane w kontekście metod diagnostycznych, które mogą być wykorzystane do obrazowania tkanek w innej postaci niż wycinki oglądane pod mikroskopem. Powodem tego jest silne rozpraszanie światła przez tkanki i mała wrażliwość światła na zmiany w tkankach zachodzące na poziomie mikroskopowym. Sytuacja ta ulega obecnie zmianie, dzięki opracowaniu technik pozwalających pokonać rozpraszanie i umożliwiających skupienie światła w głębi tkanki, a także dzięki rozwojowi metod opartych o nieliniową (wielofotonową) absorpcję światła i proces emisji wymuszonej. Wykorzystując własności ultrakrótkich impulsów światła opracowujemy metody wykrywania patogennych białek w tkankach, oparte np. o generację światła laserowego wewnątrz tkanki wzbudzanej dwufotonowo.