You are more transparent than you think - Sajan Saini

Переводчик: Антон Замараев Редактор: Ростислав Голод

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

В больницах по всему миру становится привычной такая картина:

a nurse measures our height, weight, blood pressure,

медсестра измеряет рост, вес, давление крови,

and attaches a glowing plastic clip to our finger.

а затем надевает пациенту на палец светящуюся пластиковую прищепку.

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

Вдруг на цифровом дисплее

начинают отображаться данные об уровне кислорода в крови.

How did that happen?

Как такое возможно?

How can a plastic clip learn something about our blood…

Как пластмассовая прищепка может что-либо знать о крови пациента

without a blood sample?

без взятия пробы крови?

Here’s the trick:

Вот в чём секрет:

our bodies are translucent,

тело человека прозрачно,

meaning they don’t completely block and reflect light.

то есть оно не полностью задерживает и отражает свет.

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

Точнее, оно пропускает немного света сквозь кожу,

muscles, and blood vessels.

мышцы и кровеносные сосуды.

Don’t believe it?

Не верите?

Hold a flashlight to your thumb.

Поднесите фонарик к большому пальцу.

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

Оказывается, что свет может помочь «прощупать» тело изнутри.

Consider that medical fingerclip—

Медицинская прищепка, надеваемая на палец,

it’s called a pulse oximeter.

называется пульсоксиметром.

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

При вдохе лёгкие человека соединяют молекулы гемоглобина и атомы кислорода,

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

и пульсоксиметр измеряет соотношение связанного и несвязанного гемоглобина.

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

Измерением занимаются крошечный красный светодиод

с одной стороны прищепки и микродетектор света с другой.

and a small light detector on the other.

When the LED shines into your finger,

Когда огонёк светодиода освещает палец пациента,

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

бескислородный гемоглобин в кровеносных сосудах человека

more strongly than its oxygenated counterpart.

поглощает красный свет больше, чем связанный гемоглобин.

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

Так что количество света, проходящее насквозь,

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

зависит от соотношения концентраций двух типов гемоглобина.

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

Но размер кровеносных сосудов пальцев у каждого человека индивидуален.

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

Для одного пациента показатель насыщенности крови кислородом 95%

corresponds to a healthy oxygen level,

означает нормальный уровень кислорода,

but for another with smaller arteries,

а для другого человека с ме́ньшим размером артерий

the same reading could dangerously misrepresent the actual oxygen level.

точно такой же показатель может сильно искажать фактический уровень.

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

Поправка вычисляется при помощи второго инфракрасного светодиода.

Light comes in a vast spectrum of wavelengths,

Свет состоит из широкого набора волн различной длины,

and infrared light lies just beyond the visible colors.

и инфракрасное излучение находится за пределами видимого спектра.

All molecules, including hemoglobin,

Любые молекулы, включая гемоглобин,

absorb light at different efficiencies across this spectrum.

поглощают свет с различной эффективностью в зависимости от длины волны.

So contrasting the absorbance of red to infrared light

Сравнив уровни поглощения красного и инфракрасного излучения, можно получить

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

химический отпечаток вне зависимости от размера кровеносных сосудов.

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

Сегодня благодаря медицинским сенсорам точность химической дактилоскопии

of precision chemical fingerprinting,

выходит на всё новые рубежи,

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

используя крошечные световые устройства размером менее десятой доли миллиметра.

This microscopic technology,

В микротехнологии

called integrated photonics,

под названием интегральная фотоника

is made from wires of silicon that guide light—

кремниевые провода служат для манипулирования светом,

like water in a pipe—

как водой в водосточной трубе,

to redirect, reshape, even temporarily trap it.

с их помощью можно менять

форму и направление света, и даже временно задерживать лучи.

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

Кольцевой резонатор, представляющий собой кремниевый провод в виде кольца,

is a light trapper that enhances chemical fingerprinting.

является световой ловушкой, улучшающей точность химического отпечатка.

When placed close to a silicon wire,

Находясь рядом с кремниевым проводом,

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

резонатор улавливает и временно хранит только те волны света,

those whose periodic wavelength fits a whole number of times

периодическая длина которых укладывается целое число раз

along the ring’s circumference.

в длину окружности кольца.

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

Это такой же эффект, как и при игре на гитарных струнах.

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

Струна заданной длины будет издавать строго определённые вибрирующие звуки —

to give a fundamental note and its overtones.

основную ноту и её обертоны.

Ring resonators were originally designed

Кольцевые резонаторы изначально были разработаны

to efficiently route different wavelengths of light—

для эффективной маршрутизации цифровых данных по световым волнам

each a channel of digital data—

в оптоволоконных сетях связи:

in fiber optics communication networks.

каждый канал данных — на своей длине волны.

But some day this kind of data traffic routing

Возможно, когда-нибудь этот вид маршрутизации трафика данных

may be adapted for miniature chemical fingerprinting labs,

приспособят для миниатюрных химических дактилоскопических лабораторий

on chips the size of a penny.

на микросхемах размером с монетку.

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

Эти микролаборатории будущего смогут

and non-invasively detect a host of illnesses,

легко, быстро и неинвазивно выявлять множество болезней,

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

анализируя слюну или пот пациента во время осмотра у врача

or the convenience of our homes.

или прямо на дому.

Human saliva in particular

В частности, в человеческой слюне

mirrors the composition of our bodies’ proteins and hormones,

содержатся данные о составе белков и гормонов в организме,

and can give early-warning signals for certain cancers

а также с её помощью можно на ранних стадиях обнаруживать признаки

and infectious and autoimmune diseases.

некоторых видов онкологических, инфекционных и аутоиммунных заболеваний.

To accurately identify an illness,

Чтобы точно определить болезнь,

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

микроскопические лаборатории могут использовать ряд методов,

including chemical fingerprinting,

включая химическую дактилоскопию,

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

для изучения целого ряда микроэлементов в пробе слюны.

Various biomolecules in saliva absorb light at the same wavelength—

Различные биомолекулы в слюне поглощают свет на одинаковой длине волны,

but each has a distinct chemical fingerprint.

но у каждой из них есть свой уникальный химический отпечаток.

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

Пройдя через образец слюны, свет попадает

a host of fine-tuned rings

на ко́льца резонаторов микролаборатории,

may each siphon off a slightly different wavelength of light

каждое из которых улавливает волны своей определённой длины

and send it to a partner light detector.

и посылает их на соотвествующий детектор света.

Together, this bank of detectors will resolve

Набор детекторов совместно определит

the cumulative chemical fingerprint of the sample.

совокупный химический отпечаток образца.

From this information, a tiny on-chip computer,

На основе этой информации микрокомпьютер,

containing a library of chemical fingerprints for different molecules,

хранящий библиотеку химических отпечатков разных молекул,

may figure out their relative concentrations,

сможет определить их относительные концентрации

and help diagnose a specific illness.

и помочь диагностировать конкретную болезнь.

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

Начиная с глобальных коммуникаций и заканчивая микролабораториями,

humankind has repurposed light to both carry and extract information.

человечество ставит

перед светом новые задачи — передавать и извлекать информацию.

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

Свет способен не только озарять, но и радовать нас всё новыми открытиями.