It’s an increasingly common sight in hospitals around the world: a nurse measures our height, weight, blood pressure, and attaches a glowing plastic clip to our finger. Suddenly, a digital screen reads out the oxygen level in our bloodstream. How did that happen? How can a plastic clip learn something about our blood… without a blood sample?
شتێکی زۆر باوە لە گشت نەخۆشخانەکانی جیھان: پەرستارێک پێوانەی باڵا، کێش، فشاری خوێنمان دەکات و گرەیەکی پلاستیکی درەوشاوە دەدات لە پەنجەمان. لەناکاو، شاشەیەکی ژمارەیی ڕێژەیی ئۆکسجین دەخوێنێتەوە لە خوێنماندا، چۆن ئەمە ڕوویدا؟ چۆن گرەیەکی پلاستیکی دەتوانێت شتێک فێرببێت دەربارەی خوێنی ئێمە... بەبێ بونی نمونەی خوێن؟
Here’s the trick: our bodies are translucent, meaning they don’t completely block and reflect light. Rather, they allow some light to actually pass through our skin, muscles, and blood vessels. Don’t believe it? Hold a flashlight to your thumb.
نھێنیەکە لێرەدایە: لەشی ئێمە نیمچەڕوونە، واتە لەشمان بەتەواوی ڕێ لە ڕووناکی ناگرێت و بیگەڕێنێتەوە. بەڵکو، ڕێ دەدات ھەندێک ڕووناکی بە ناو پێست، ماسولەکەکان، و خوێنبەرەکانماندا تێبپەڕن. باوەڕ ناکەیت؟ گڵۆپێکی دەستی بدە لە پەنجە گەورەت.
Light, it turns out, can help probe the insides of our bodies.
ڕوناکی، یارمەتی ڕوانین لە ناو لەشمان دەدات.
Consider that medical fingerclip— it’s called a pulse oximeter. When you inhale, your lungs transfer oxygen into hemoglobin molecules, and the pulse oximeter measures the ratio of oxygenated to oxygen-free hemoglobin. It does this by using a tiny red LED light on one side of the fingerclip, and a small light detector on the other.
بیربکەوە لەو گرەپەنجە پزیشکییە— پێی دەگوترێ پوڵس ئۆکسیمیتەر. کاتێ ھەناسە ھەڵدەمژیت، سیەکانت ئۆکسجین دەگوازنەوە بۆ ناو گەردیلەکانی ھیمۆگلۆبین، و گرێیەکە پێوانەی ڕێژەیی هیمۆگڵۆبینی پڕ ئۆکسیجین بۆ هیمۆگڵوبینی بێ ئۆکسیجین دەکات. ئەمە بە بەکارھێنانی گڵۆپێکی سووری بچووک لەلایەکەی گرە پەنجەییەکە، و دانانی پشکنەرێکی ڕوناکی بچووک لەلاکەی تر.
When the LED shines into your finger, oxygen-free hemoglobin in your blood vessels absorbs the red light more strongly than its oxygenated counterpart. So the amount of light that makes it out the other side depends on the concentration ratio of the two types of hemoglobin.
کاتێک گڵۆپەکە لە ناو پەنجەتدا دەدرەوشێتەوە، ھیمۆگلۆبینی بێ ئۆکسجین لە دەمارەکانی خوێنتدا ڕوناکییە سوورەکە ھەڵدەمژێت، باشتر لە ھیمۆگلۆبینە پڕ ئۆکسجینەکە. کەوایە ڕێژەی ئەو ڕوناکییەی دێتە دەرەوە لەلاکەی تری پەنجەت پشت دەبەستێت بەڕێژەی تێری ئۆکسجینی دوو چەشنەکەیی ھیمۆگلۆبین.
But any two patients will have different-sized blood vessels in their fingers. For one patient, a saturation reading of ninety-five percent corresponds to a healthy oxygen level, but for another with smaller arteries, the same reading could dangerously misrepresent the actual oxygen level.
بەڵام ھەر دوو نەخۆشێک، قەبارەی دەمارەکانی خوێنی پەنجەیان جیاوازە. بۆ نەخۆشێک، خوێندنەوەی ڕێژەی تێری لە سەدا ٩٥، دەگونجێ لەگەڵ پلەیی ئۆکسجینی تەندروست، بەڵام بۆ یەکێ کە دەماری خوێنی بچووکترە، ھەمان خوێندنەوە دەکرێ ڕێژەیەکی ھەڵەی ئۆکسجین بخاتەڕوو.
This can be accounted for with a second infrared wavelength LED. Light comes in a vast spectrum of wavelengths, and infrared light lies just beyond the visible colors. All molecules, including hemoglobin, absorb light at different efficiencies across this spectrum. So contrasting the absorbance of red to infrared light provides a chemical fingerprint to eliminate the blood vessel size effect.
ئەمە دەکرێت چارە بکرێت بە گڵۆپی دووەم گڵۆپی درێژشەپۆلی تیشکی ژێر سوور. ڕووناکی لە شێوەی شەبەنگی گەورەی درێژە شەپۆل دێتە ناوەوە، و ڕوناکی تیشکی ژێرسوور دەکەوێتە پشت ڕەنگە بینراوەکان، ھەموو گەردەکان، بە ھیمۆگلۆبینیشەوە ڕوناکی ھەڵدەمژن لە گەرمی جیاوازدا بەرانبەر ئەم شەبەنگە. کەوایە، بەپێچەوانەی ھەڵمژینی ڕەنگی سوور بۆ ڕوناکی ژێرسوور جێپەنجەی کیمیای دەدات بۆ لەناوبردنی کاریگەری قەبارەی دەماری خوێن.
Today, an emerging medical sensor industry is exploring all-new degrees of precision chemical fingerprinting, using tiny light-manipulating devices no larger than a tenth of a millimeter. This microscopic technology, called integrated photonics, is made from wires of silicon that guide light— like water in a pipe— to redirect, reshape, even temporarily trap it.
ئەمڕۆ، دەرکەوتنی پیشەسازی ھەستەوەرە پزیشکییەکان ھەموو پلە نوێیەکانی جێپەنجەی کیمیای ورد دەدۆزێتەوە، بەکارھێنانی ئامێری ڕوناکی بەڕێوەبەر کە گەورەتر نییە لە دە بەشی یەک میلیمەتر. ئەم تەکنەلۆجیا زۆر وردە، پێی دەگوترێت ئینتیگرەیتید فۆتۆنیکس، دروست دەکرێ لە وایەری سلیکۆنی کە کارەبا دەگوازێتەوە— وەک ئاو لە بۆریەکدا— بۆ ئاڕاستەکردن، شێوەپێدان و تەنانەت گیرکردنی بەشێوەیەکی کاتی.
A ring resonator device, which is a circular wire of silicon, is a light trapper that enhances chemical fingerprinting. When placed close to a silicon wire, a ring siphons off and temporarily stores only certain waves of light— those whose periodic wavelength fits a whole number of times along the ring’s circumference. It’s the same effect at work when we pluck guitar strings. Only certain vibrating patterns dominate a string of a particular length, to give a fundamental note and its overtones.
ئامێری ڕینگ ڕێسینەیتەر کە وایەرێکی سلیکۆنی بازنەییە، کۆکەرەوەی ڕوناکییە کە پەنجەمۆری کیمیایی گەشە پێدەدات. دادەنرێت لە نزیک وایەرێکی سلیکۆنی، بازنەکە بەتاڵ دەبێتەوە و بەشێوەیەکی کاتی بڕێکی دیاریکراوی شەپۆلی ڕوناکی دەهێڵێتەوە— ئەوانەی شەپۆلی درێژ و ناوبەناون چەند جارێکی تەواو دروست دەبنەوە بە تەنیشت چێوەی بازنەکە. ئەمە ھەمان کاریگەری ھەیە کاتێک تەلی گیتار ڕادەکێشین! تەنھا جۆرێکی دیاریکراوی لەرینەوە ھەر تەلێکی داگیر کردوە! بۆ بەخشینی نۆتەیەکی نزم!
Ring resonators were originally designed to efficiently route different wavelengths of light— each a channel of digital data— in fiber optics communication networks. But some day this kind of data traffic routing may be adapted for miniature chemical fingerprinting labs, on chips the size of a penny. These future labs-on-a-chip may easily, rapidly, and non-invasively detect a host of illnesses, by analyzing human saliva or sweat in a doctor’s office or the convenience of our homes.
ڕینگ ڕیسینەتەرەکان لە بنەڕەتدا دیزاین کراون تا شەپۆلی جیاوازی ڕوناکی بنێرن ھەریەک لە کەناڵێکی دیجیتاڵ داتاوە_ لە تۆڕی پەیوەندی فایبەر ئۆپتیکس. بەڵام ڕۆژێک ئەم جۆرە زانیارییانەیی ڕێگەی ھاتووچۆ لەوانەیە بکرێن بە تاقیگەی بچووکی جێپەنجەی کیمیایی بچووک بە قەبارەی پارەی ئاسن. ئەم تاقیگە بچووکانەی داھاتوو لەوانەیە بە ئاسانی، بە خێرایی و بێ چوونە ناوەوەی لەش ھۆکاری نەخۆشی ئاشکرا بکەن، بە شیکردنەوەی لیک یا ئارەقەی مرۆڤ لە نوسینگەی پزیشکێک، یا لەوەش ئاسانتر لە ماڵەکانمان.
Human saliva in particular mirrors the composition of our bodies’ proteins and hormones, and can give early-warning signals for certain cancers and infectious and autoimmune diseases. To accurately identify an illness, labs-on-a-chip may rely on several methods, including chemical fingerprinting, to sift through the large mix of trace substances in a sample of spit.
لیکی مرۆڤ بە تایبەتی ئاوێنەی پێکھاتەی پڕۆتین و ھۆرمۆنی لەشمانە، و دەتوانێت زوو لە شێرپەنجە کوشندەکان ئاگادارمان بکاتەوە یان نەخۆشیە گوزراوەکان و نەخۆشییە خۆخۆرەکان. بۆ بەوردی دەستنیشانکرنی نەخۆشییەکان، ئەم تاقیگە بچووکە لەوانەیە پشت بە چەندین ڕێگە ببەستێت، لە نێویاندا جێپەنجەی کیمیایی، بۆ بێژانەوەی تێکەڵەی ئەو ماددانەی لەسەر پەنجەن وەک نموونەی تف.
Various biomolecules in saliva absorb light at the same wavelength— but each has a distinct chemical fingerprint. In a lab-on-a-chip, after the light passes through a saliva sample, a host of fine-tuned rings may each siphon off a slightly different wavelength of light and send it to a partner light detector. Together, this bank of detectors will resolve the cumulative chemical fingerprint of the sample. From this information, a tiny on-chip computer, containing a library of chemical fingerprints for different molecules, may figure out their relative concentrations, and help diagnose a specific illness.
گەردیلەی جیاواز لە لیکدا ڕوناکی ھەڵدەمژن لە ھەمان درێژی شەپۆلدا— بەڵام ھەریەکێک تایبەمەندی جێپەنجەیی خۆی ھەیە. لەم تاقیگە بچووکەدا، پاش ئەوەی ڕووناکی تێدەپەڕێت بەناو نموونەی لیـکدا، کۆمەڵێ بازنەی جوڵاو لەوانەیە ھەریەکە بە ھێواشی شەپۆلێکی درێژ ڕابکێشن و بینێرن بۆ ھاوکارەکەیان کە ڕوناکی پشکنەرە! ئەم پشکنەرانە پێکەوە شوێن پەنجەی کیمیای کەڵەکەبووی تفەکە دەدۆزنەوە. لەم زانیارییەوە بۆ تاقیگەی کۆمپیتەری بچووک، کۆمەڵەی جێپەنجەی کیمیایی دەگرێتەخۆ بۆ گەردیلەی جیاواز، لەوانەیە ھۆی پەیوەندیدار بدۆزێتەوە، و یارمەتی دیاریکردنی نەخۆشیەکی دیاریکراو بدات.
From globe-trotting communications to labs-on-a-chip, humankind has repurposed light to both carry and extract information. Its ability to illuminate continues to astonish us with new discoveries.
لە پەیوەندییەکی جیھانییەوە بۆ تاقیگەیەک لەسەر فلسێک، مرۆڤایەتی ڕوناکی بەکاردێنێتەوە بۆ ھەڵگرتن و وەرگرتنی زانیاری. ئەمە توانایەکە بۆ ڕوناککردنەوەی بەردەوام، بۆ سەرسام کردنمان بە دۆزینەوە نوێیەکان.