Ingenjörer från University of California San Diego har skapat en nanoskala optisk fiber som har en otrolig känslighet: det kan upptäcka fluktuationer som produceras av den turbulens som skapas av den rörliga bakterier, liksom ljudvågor genereras av att slå celler i hjärtat vävnad. I framtiden, den känslighet som tillåter experter för att övervaka varje enskild cell och varna om förändringar under loppet av sitt vanliga arbete.
“Detta verktyg kan öppna för oss en dörr av möjligheter att spåra mest subtila interaktioner och förändringar i kroppen som tidigare var omöjligt,” säger Donald Cerboli, en av grundarna av överkänslig fiber från University of California.
Framsteg i utvecklingen av mikroskopi teknik har gjort det möjligt för oss att tränga in i de minsta sprickorna i vår fysiska värld, men för att verkligen förstå vad som sker i denna värld, det räcker inte bara att ha möjlighet att se den – du måste ha möjlighet att känna sig.
Det bör noteras att mikroskopet är möjligheten att titta på de små krafter som redan finns. Ett exempel kan tjäna som minst en atomic force microscope som kan skanna beteende av atomer, utan också för att manipulera dem. Men den metoden som sådan mikroskop kan inte användas för att studera biologiska system.
Möjligheten att mäta biologiska krafterna i liten skala kräver att forskarna använder sig av nya metoder. Därför att den grupp av experter från Usa har utvecklats från en tennoxid fiber, vilket är 100 gånger tunnare än ett mänskligt hårstrå. För att ge fiber förmågan att “känna”, tennoxid är belagd med ett tunt skikt av polymer översållad med guld nanopartiklar.
Hur det fungerar
Metoden för att använda sådana fibrer är mycket enkel. Allt du behöver göra är att placera fiber i en lösning som innehåller celler eller bakterier. Optisk fiber sänder ut ljus som interagerar med guld nanopartiklar. Biologiska krafter i kroppen, och de skapar ljudvågor som kolliderar med nanopartiklar av guld, något trycka dem i en polymer skal. Du kan använda detta värde för att beräkna nivån på den kraft och den mängd ljud som den har skapat. Skaparna av den optiska fibern är markerat sitt arbete efter observation av cellerna i vävnaden i hjärtat och förflyttning av flageller (körning kroppen) av bakterier.
“Med den här enheten kunde vi inte bara att fånga dessa subtila Biosil och ljud, men också tillbringat sina kvantitativ bedömning. Detta verktyg är perfekt för att utföra nanomechanical avkänning i hög upplösning,” — säger Cerboli.
Efter kalibrering av enheten var som sådan en fiber kan vara 10 gånger känsligare än atomic force mikroskop och kan avgöra den biologiska styrka med och exponering mindre än 160 lb (femtonewton), och ljudet är mindre än -30 dB (decibel). Och detta, i sin tur, är tusen gånger mindre än den nivå som kan uppfattas av det mänskliga örat.
Experter observera att när du använder olika typer av polymera beläggningar kan utöka sortimentet av effektiviteten av sin fiber. Till exempel, för mätning av stora krafter det är möjligt att använda en mer slitstark polymer beläggning, och att fastställa den mindre av styrkorna med optisk fiber kan du använda en mjuk beläggning, som samma hydrogel.
I framtiden, forskarna planerar att använda den optiska nanofiber för att mäta biologisk aktivitet och mekaniska beteendet hos enskilda celler. Detta kommer att möjliggöra att ytterligare öka de tekniska förmåga och potential att leda till skapandet av ultrasensitive biostatical.
Skapade en teknik som gör att du kan lyssna på bakterier och celler
Nikolai Khizhnyak