You are more transparent than you think - Sajan Saini

Translator: Najmeh Mirian Reviewer: sadegh zabihi

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

یک تصویر که در همه بیمارستان‌ها به وفور دیده می‌شود این است که:

a nurse measures our height, weight, blood pressure,

یک پرستار قد، وزن و فشار خون ما را اندازه می‌گیرد.

and attaches a glowing plastic clip to our finger.

و یک گیره پلاستیکی چسبنده به دست ما نصب می‌کند.

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

ناگهان، صفحه دیجیتالی میزان اکسیژن جریان خون ما را نمایش می‌دهد.

How did that happen?

چطور این اتفاق می‌افتد؟

How can a plastic clip learn something about our blood…

چطور گیره پلاستیکی اطلاعات خون ما را دریافت می‌کند...

without a blood sample?

بدون نمونه‌گیری از خون؟

Here’s the trick:

فوت و فنش این است:

our bodies are translucent,

بدن ما نیمه شفاف است،

meaning they don’t completely block and reflect light.

یعنی نور را کاملا جذب نمی‎کند، کاملا انعکاس هم نمی‎دهد.

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

در عوض، تقریبا اجازه می‎دهد میزانی از نور

muscles, and blood vessels.

از پوست، ماهیچه‎ها و رگ‎های خون عبور کند.

Don’t believe it?

باور ندارید؟

Hold a flashlight to your thumb.

یک چراغ قوه روی شست‌تان نگه دارید.

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

نوری که بیرون می‎آید می‎تواند به بررسی اطلاعات داخل بدن‎های ما کمک کند.

Consider that medical fingerclip—

آن گیرنده انگشت را در نظر بگیرید -

it’s called a pulse oximeter.

به آن پالس اکسیژن سنج می‎گویند.

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

وقتی نفس می کشید، شش‎های شما اکسیژن را به داخل مولکول های هموگلوبین هدایت می‎کند،

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

پالس اکسیژن‌سنج نسبت هموگلوبین‎های اکسیژن‎دار به هموگلوبین‎های بدون اکسیژن را اندازه می‎گیرد.

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

با یک لامپ ال.ای.دی کوچک در یک سمت گیره انگشتی،

and a small light detector on the other.

و آشکارساز کوچک سمت دیگر این کار را انجام می‎دهد.

When the LED shines into your finger,

وقتی ال.ای.دی روی انگشت شما را روشن می کند،

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

هموگلوبین‎های بدون اکسیژن در رگ‎های خونی نور قرمز را

more strongly than its oxygenated counterpart.

خیلی قوی تر از همتای اکسیژن‌دار خودشان جذب می‎کند.

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

بنابراین مقدار نوری که از سمت دیگر خارج می‎شود

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

به نسبت غلظت این دو نوع هموگلوبین بستگی دارد.

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

اما هر دو بیماری سایز عروق متفاوتی در انگشنتان‎شان دارند.

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

برای یک بیمار، خواندن اشباع در حد ۹۵ درصد

corresponds to a healthy oxygen level,

نشان دهنده سطح اکسیژن سالم است،

but for another with smaller arteries,

اما یک بیمار دیگر با عروق باریک‎تر،

the same reading could dangerously misrepresent the actual oxygen level.

خواندن این میزان می‎تواند به طور خطرناکی میزان واقعی اکسیژن را بد جلوه بده.

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

می‌توان این موضوع را با یک LED دیگر با طول موج فراقرمز به حساب آورد.

Light comes in a vast spectrum of wavelengths,

نور طیف وسیعی از طول موج‎ها را دارد،

and infrared light lies just beyond the visible colors.

و نور فروسرخ قبل از نور‎های مرئی است.

All molecules, including hemoglobin,

مولکول هموگلوبین و بقیه مولکول‎ها،

absorb light at different efficiencies across this spectrum.

نور را با بهره های متفاوت در طول این طیف جذب می‎کند.

So contrasting the absorbance of red to infrared light

مقایسه جذب نور قرمز به نور مادون قرمز

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

یک اثر انگشت شیمیایی را تولید می‌کند که اثر سایز عروق را از بین می‎برد.

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

امروزه، صنعت در حال ظهور حسگرهای پژشکی همه درجه‎های

of precision chemical fingerprinting,

اثر انگشت‎های شیمیایی دقیق را با استفاده

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

از وسایل کوچکتر از ده میلی‎متری دستکار کننده نور اکتشاف می‎کنند.

This microscopic technology,

این تکنولوژی میکروسکوپی،

called integrated photonics,

جمع کننده فوتون خوانده می شود،

is made from wires of silicon that guide light—

از سیم های سیلکونی ساخته شده است تا نور را هدایت کند-

like water in a pipe—

شبیه آب در لوله -

to redirect, reshape, even temporarily trap it.

تا نور را بچرخاند، شکل دهد و یا به صورت موقت به تله اندازد.

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

قطعه حلقه تشدید کننده که یک سیم سیلکونی و دایره شکل است

is a light trapper that enhances chemical fingerprinting.

یک تله نوری ست که اثرانگشت‌های شیمیایی را تقویت می‌کند.

When placed close to a silicon wire,

وقتی نور کنار سیم سیلیکونی قرار می‌گیرد،

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

حلقه به طور موقت مقدار مشخصی از نور را ذخیزه می‌کند

those whose periodic wavelength fits a whole number of times

آن امواجی که طول موجشان متناسب با چند برابر

along the ring’s circumference.

طول محیط دایروی است.

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

همان اثری را دارد که وقتی سیم‎های گیتار الکتریکی را گیر می‌اندازیم اتفاق می‎افتد.

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

فقط برخی از الگوهای ارتعاشی در سیمی با طول مشخص انجام می‌شود،

to give a fundamental note and its overtones.

تا نت اصلی و نت‎های فرعی آن را صدا دهد.

Ring resonators were originally designed

حلقه تشدید در اصل برای این طراحی شده که

to efficiently route different wavelengths of light—

طول موج‌های مختلف نور را به طور موثر

each a channel of digital data—

به کانال دیتاهای اطلاعات دیجیتالی --

in fiber optics communication networks.

در فیبرنوری شبکه‎های ارتباطی هدایت کند.

But some day this kind of data traffic routing

اما یک روز ممکن است این دسته از اطلاعات

may be adapted for miniature chemical fingerprinting labs,

برای آزمایشگاه‎های اثر انگشت‌های شیمیایی کوچک اقتباس بشود،

on chips the size of a penny.

روی تراشه‌ای با سایز یه سکه یک پنی.

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

این آزمایشگاه روی تراشه‌های آینده به آسانی و به سرعت

and non-invasively detect a host of illnesses,

و به طور غیرتهاجمی یک میزبان بیماری‎ها را آشکار می‌سازند.

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

با آنالیز کردن بزاق و یا عرق انسان در مطب دکتر

or the convenience of our homes.

و یا به راحتی در خانه‌های خودمان.

Human saliva in particular

بزاق انسان عملا

mirrors the composition of our bodies’ proteins and hormones,

ترکیب بدن ما را آشکار می‎کند پروتئین‎ها و هورمون‎ها

and can give early-warning signals for certain cancers

و می‎تواند اخطارهای نشانه‌هایی از سرطان‌های وخیم

and infectious and autoimmune diseases.

و بیماری‎های عفونی و خود ایمنی را بدهد.

To accurately identify an illness,

برای اینکه به دقت بیماری‎ها را تشخیص دهند،

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

آزمایشگاه روی تراشه می‎تواند به متدهای زیادی اتکا کند،

including chemical fingerprinting,

مثلا اثر انگشت شیمیایی

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

برای غربالگری از طریق ترکیب بزرگی از ردیابی مواد در نمونه‌ای از آب دهان

Various biomolecules in saliva absorb light at the same wavelength—

بیو مولکول‌ها در بزاق نور را در طول موج یکسانی جذب می‎کند

but each has a distinct chemical fingerprint.

اما هر کدام اثر انگشت‎های متفاوتی دارند.

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

در آزمایشگاه تراشه‌ای بعد از اینکه نور از نمونه بزاق رد شد

a host of fine-tuned rings

یک میزبان از حلقه‌های خوب تنظیم شده

may each siphon off a slightly different wavelength of light

هر کدام قسمتی از طول موج‎ها را کنار می‌زند

and send it to a partner light detector.

و به سمت شریک آشکارساز نوری می‎فرستد

Together, this bank of detectors will resolve

همه این آشکارسازها با هم

the cumulative chemical fingerprint of the sample.

اثر انگشت‎های یک جای آن نمونه را نشان می‌دهد.

From this information, a tiny on-chip computer,

از این اطلاعات، یک تراشه کامپیوتری کوچک،

containing a library of chemical fingerprints for different molecules,

که شامل یک کتابخانه از اثر انگشت‌هایی از مولکول‎های مختلف است

may figure out their relative concentrations,

تمرکز مرتبط با آنها را پیدا می‌کند،

and help diagnose a specific illness.

و به تشخیص بیماری‎های خاص کمک خواهد کرد.

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

از ارتباطات جهانگردی تا آزمایشگاه روی تراشه،

humankind has repurposed light to both carry and extract information.

بشر کاربری نور را برای حمل و استخراج اطلاعات تغییر داده است.

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

درخشندگی آن با اکتشافات جدید به متحیر کردن ما ادامه می‌دهد.