You are more transparent than you think - Sajan Saini

Übersetzung: Sarah Petersen Lektorat: Anikó Kárpáti

It’s an increasingly common sight in hospitals around the world:

Folgende Szene wird immer alltäglicher in Kliniken auf der ganzen Welt:

a nurse measures our height, weight, blood pressure,

Eine Krankenschwester misst zuerst Größe, Gewicht und Blutdruck

and attaches a glowing plastic clip to our finger.

und befestigt dann eine leuchtende Plastikklammer an unserem Finger.

Suddenly, a digital screen reads out the oxygen level in our bloodstream.

Schnell erscheint auf einer Digitalanzeige die Sauerstoffsättigung in unserem Blut.

How did that happen?

Wie funktioniert das?

How can a plastic clip learn something about our blood…

Wie kann eine Plastikklammer etwas über unser Blut wissen –

without a blood sample?

ganz ohne Blutentnahme?

Hier der Trick:

Here’s the trick:

our bodies are translucent,

Unsere Körper sind lichtdurchlässig,

meaning they don’t completely block and reflect light.

das heißt, sie blockieren und reflektieren Licht nicht gänzlich.

Rather, they allow some light to actually pass through our skin,

Im Gegenteil – ein Teil des Lichts scheint sogar durch unsere Haut,

muscles, and blood vessels.

Muskeln und Blutgefäße hindurch.

Don’t believe it?

Sie glauben das nicht?

Hold a flashlight to your thumb.

Halten Sie eine Taschenlampe an Ihren Daumen.

Light, it turns out, can help probe the insides of our bodies.

Tatsächlich kann man mithilfe von Licht unser Körperinneres untersuchen.

Consider that medical fingerclip—

Diese medizinische Fingerklammer nennt sich Pulsoximeter.

it’s called a pulse oximeter.

When you inhale, your lungs transfer oxygen into hemoglobin molecules,

Atmen wir ein, übertragen unsere Lungen Sauerstoff in Hämoglobinmoleküle.

and the pulse oximeter measures the ratio of oxygenated to oxygen-free hemoglobin.

Das Pulsoximeter misst das Verhältnis von sauerstoffreichem zu sauerstofffreiem Blut

mittels eines winzigen roten LED-Lichts auf einer Seite der Fingerklammer

It does this by using a tiny red LED light on one side of the fingerclip,

and a small light detector on the other.

und einem kleinen Lichtsensor auf der anderen.

When the LED shines into your finger,

Wenn das LED-Licht in unseren Finger leuchtet,

oxygen-free hemoglobin in your blood vessels absorbs the red light

absorbiert das sauerstofffreie Hämoglobin in unseren Blutgefäßen das rote Licht

more strongly than its oxygenated counterpart.

stärker als sein sauerstoffhaltiges Komplement.

So the amount of light that makes it out the other side

Die Lichtmenge, die auf der anderen Seite herauskommt,

depends on the concentration ratio of the two types of hemoglobin.

hängt vom Konzentrationsverhältnis der beiden Hämoglobinarten ab.

But any two patients will have different-sized blood vessels in their fingers.

Doch jeder Patient hat unterschiedlich große Blutgefäße in seinen Fingern.

For one patient, a saturation reading of ninety-five percent

Bei einem Patienten kann ein Sättigungswert von 95 Prozent

corresponds to a healthy oxygen level,

ein gesunder Sauerstoffgehalt sein,

but for another with smaller arteries,

für andere mit kleineren Arterien

the same reading could dangerously misrepresent the actual oxygen level.

könnte derselbe Messwert den tatsächlichen Sauerstoffgehalt jedoch stark verzerren.

Dies kann mit einer zweiten LED mit infraroter Wellenlänge gelöst werden.

This can be accounted for with a second infrared wavelength LED.

Light comes in a vast spectrum of wavelengths,

Licht umfasst ein breites Spektrum an Wellenlängen

and infrared light lies just beyond the visible colors.

und Infrarot-Licht liegt direkt hinter den sichtbaren Farben.

All molecules, including hemoglobin,

Alle Moleküle, auch Hämoglobin,

absorb light at different efficiencies across this spectrum.

absorbieren Licht in unterschiedlichem Ausmaß entlang dieses Spektrums.

So contrasting the absorbance of red to infrared light

Ein Vergleich der Absorption von rotem und infrarotem Licht

provides a chemical fingerprint to eliminate the blood vessel size effect.

zeigt einen chemischen Fingerabdruck, der den Effekt der Blutgefäßgröße korrigiert.

Today, an emerging medical sensor industry is exploring all-new degrees

Heute erforscht die innovative medizinische Sensorik ganz neue Wege

of precision chemical fingerprinting,

präziser chemischer Fingerabdrücke

using tiny light-manipulating devices no larger than a tenth of a millimeter.

mithilfe winziger lichtgesteuerter Geräte von gerade einmal einem Zentel Millimeter.

This microscopic technology,

Diese mikroskopische Technologie, die integrierte Photonik,

called integrated photonics,

is made from wires of silicon that guide light—

basiert auf Siliziumdrähten, die Licht leiten –

like water in a pipe—

wie ein Rohr Wasser leitet –

to redirect, reshape, even temporarily trap it.

um es umzulenken, umzuformen und sogar kurzzeitig einzuschließen.

A ring resonator device, which is a circular wire of silicon,

Ein Ringresonator besteht aus einem kreisförmigen Siliziumdraht,

und ist ein Lichtfänger, der chemische Fingerabdrücke optimiert.

is a light trapper that enhances chemical fingerprinting.

When placed close to a silicon wire,

Nahe eines Siliziumdrahtes platziert,

a ring siphons off and temporarily stores only certain waves of light—

fängt und speichert ein Ring nur bestimmte Wellen ab –

those whose periodic wavelength fits a whole number of times

nämlich solche, deren periodische Wellenlänge eine ganze Anzahl von Malen

along the ring’s circumference.

entlang des Ringumfangs passt.

It’s the same effect at work when we pluck guitar strings.

Derselbe Efekt tritt auf, wenn wir Gitarrensaiten zupfen.

Only certain vibrating patterns dominate a string of a particular length,

Eine Saite mit einer bestimmten Länge ist von festen Schwingsungsmustern geprägt,

to give a fundamental note and its overtones.

die einen Grundton und seine Obertöne zu erzeugen.

Ring resonators were originally designed

Ringresonatoren wurden ursprünglich entworfen,

to efficiently route different wavelengths of light—

um unterschiedliche Wellenlängen des Lichts zu leiten –

each a channel of digital data—

jeweils ein Kanal für digitale Daten in Glasfaser-Kommunikationsnetzen.

in fiber optics communication networks.

But some day this kind of data traffic routing

Doch irgendwann wird diese Art der Daten-Weiterleitung

may be adapted for miniature chemical fingerprinting labs,

vielleicht für winzige Labore für chemische Fingerabdrücke

on chips the size of a penny.

von der Größe einer Centmünze eingesetzt werden.

These future labs-on-a-chip may easily, rapidly,

Diese zukünftigen Chip-Labore könnten leicht, schnell

and non-invasively detect a host of illnesses,

und nicht-invasiv zahlreiche Krankheiten nachweisen,

by analyzing human saliva or sweat in a doctor’s office

mittels Speichel- oder Schweißanalyse –

in einer Arztpraxis oder auch bequem von zu Hause aus.

or the convenience of our homes.

Human saliva in particular

Besonders der menschliche Speichel

spiegelt die Zusammensetzung unserer körpereigenen Proteine und Hormone wider

mirrors the composition of our bodies’ proteins and hormones,

and can give early-warning signals for certain cancers

und kann ein Frühwarnsignal für bestimmte Krebsarten und

and infectious and autoimmune diseases.

Infektions- und Autoimmunkrankheiten sein.

To accurately identify an illness,

Zur präzisen Bestimmung einer Krankheit

labs-on-a-chip may rely on several methods,

könnten sich Chip-Labore auf diverse Methoden stützen,

including chemical fingerprinting,

wie die des chemischen Fingerabdrucks,

to sift through the large mix of trace substances in a sample of spit.

um die breite Mischung an Spurenstoffen in einer Speichelprobe zu untersuchen.

Einige Biomoleküle im Speichel absorbieren Licht mit der gleichen Wellenlänge –

Various biomolecules in saliva absorb light at the same wavelength—

but each has a distinct chemical fingerprint.

doch jedes hat seinen eigenen chemischen Fingerabdruck.

In a lab-on-a-chip, after the light passes through a saliva sample,

In einem Chip-Labor würden nach Passieren des Lichts durch eine Speichelprobe

a host of fine-tuned rings

eine Vielzahl fein eingestellter Ringe

je eine leicht unterschiedliche Wellenlänge des Lichts aufnehmen

may each siphon off a slightly different wavelength of light

and send it to a partner light detector.

und sie an einen zweiten Lichtdetektor weiterleiten.

Together, this bank of detectors will resolve

Zusammen kann diese Gruppe von Detektoren

the cumulative chemical fingerprint of the sample.

den gesamten chemischen Fingerabdruck der Probe zeigen.

From this information, a tiny on-chip computer,

Anhand dieser Informationen kann ein Mini-Computer auf dem Chip

containing a library of chemical fingerprints for different molecules,

mit einer integrierten Sammlung chemischer Fingerabdrücke diverser Moleküle

may figure out their relative concentrations,

deren relative Konzentrationen ermitteln

and help diagnose a specific illness.

und zur Diagnose bestimmter Krankheiten beitragen.

From globe-trotting communications to labs-on-a-chip,

Von weltweiter Kommunikation bis hin zu Chip-Laboren

humankind has repurposed light to both carry and extract information.

nutzt die Menschheit Licht, um Informationen zu übertragen und gewinnen.

Its ability to illuminate continues to astonish us with new discoveries.

Seine Leuchtkraft überrascht uns immer wieder mit neuen Entdeckungen.