Инженери са създали оптични влакна с наноразмери, способни да усещат невероятно малки въздействия – от турбуленцията, създавана от плуващите бактерии, до звуковите вълни вследствие от биенето на клетките на сърцето.
Специално предложение:
Чувствителността при биологичните системи може дори да ни позволи да наблюдаваме индивидуални клетки и да ни предупреждава за трудно уловимия процес на превръщане на нормална клетка в ракова.
Доналд Сърбули (Donald Sirbuly) от Калифорнийския университет в Сан Диего, който е част от екипа, се надява това да отвори нови възможности за проследяване на микроспокпични взаимодействия и промени, които не са могли да бъдат регистрирани по-рано.
Благодарение на развитието на микроскопската техника, сме стигнали и до най-малките пролуки на физическия свят, но за да разберем какво наистина се случва там, трябва нещо повече от гледането от разстояние – нужно е и да почувстваме какво става.
Микроскопите, които могат да улавят невероятно малки сили и въздействия, вече съществуват, и най-добрият в това – атомно-силовият микроскоп – непрестанно се усъвършенства.
За съжаление, заради начина, по който работят тези атомно-силови микроскопи, инструментът не може да бъде приведен в съответствие за работа с биологичните системи.
Измерването на биологичните влияния в много малки съдове изисква нов подход. Екипът от САЩ създал оптично влакно, направено от калаен оксид, което било 100 пъти по-тънко от човешки косъм – идеално за проби с малки размери. За да има чувствителност, калаеният оксид бил покрит с тънък полимерен слой, който след това бил обсипан със златни наночастици.
Използването на влакното било много просто: всичко, което трябвало да направят, било да потопят наночастицата и покритата с полимер жичка в разтвор, съдържащ живи клетки или бактерии.
Как работи? По оптичното влакно се пуска светлина, която взаимодейства със златните наночастици. Биологичните въздействия и звуци се сблъскват с тях, тласкайки ги още по-навътре в полимерния слой, вследствие на което те взаимодействат повече със светлината, което пък повишава силата ѝ.
Използвайки този подход, учените успели да наблюдават миниатюрните въздействия, предизвикани от биенето на сърдечните клетки и от движенията на камшичетата на бактериите.
„Ние не просто можем да уловим тези малки промени и звуци, а можем и да ги определим. Това е нов инструмент за наномеханично тестване с висока резолюция“, обяснява Сърбули.
След калибровката техниката с оптичните влакна се оказала 10 пъти по-чувствителна, отколкото атомно-силовата микроскопия, и могла да засече въздействия на по-малко от 160 фемтонютона и звуци с по-малко от -30 децибела. Това е хиляда пъти по-малко, отколкото човешкото ухо може да долови.
За справка, една средна ябълка, поставена на земята, упражнява натиск от 1 нютон, а 100 фемтонютона са десет трилиона от тази сила – т.е. парченце от ябълката, която е била нарязана на 10 трилиона малки парчета.
Техниката може да засече цял диапазон от биологични въздействия и звуци, тъй като различни полимерни слоеве биха могли да бъдат използвани за покритие на тънкото окисно влакно. За да се измерят по-големи сили, е необходимо по-твърдо полимерно покритие, а по-малките въздействия биват засичани като оптичното влакно бъде покрито с много мек материал, какъвто е хидрогелът.
В бъдеще учените планират да използват нанофибрите, за да измерват биоактивността и механичното поведение на отделните клетки, както и да подобрят способностите за „слушане“ на влакното, за да създадат свръхчувствителен биологичен стетоскоп.
Откритията са публикувани в Nature Photonics.
Превод: Никол Николова
Източник: Science Alert
