В статье, опубликованной в Nature Science Reports, группа исследователей из Вустерского политехнического института (WPI) продемонстрировала, устройство, которое использует лучи света для захвата и манипулирования крошечными объектами, включая отдельные клетки. Ученые надеются, что световые пинцеты помогут создать миниатюрное портативное устройство, задачей которого будет поиск раковых клеток в кровотоке.
Оптический пинцет, использует лучи лазерного света для создания силового поля, которое может удерживать небольшие объекты без физического контакта. Обычные оптические пинцеты фокусируют свет только на большой и дорогой объектив, что делает устройство громоздким и восприимчивым к колебаниям окружающей среды. Поэтому использовать его вне лаборатории невозможно.
В своей статье «Scientific Reports» команда во главе с доцентом машиностроения Юньцзяня «Шон» Лю объясняет, как можно было бы заменить линзы крошечными оптическими волокнами и уменьшить устройство.
«В настоящее время, чтобы диагностировать опухоль, вы должны ждать, пока в анализе крови не появятся видимые раковые клетки», - сказал он. «К этому времени заболевание может уже развиться. Но онкология зарождается с небольшого количества клеток, если бы врачи могли отделить их от миллионов других клеток крови, то обнаружить рак можно было бы гораздо раньше - в тот момент, когда его еще не видно с помощью других методов. Таким образом, лечение стало бы намного успешнее».
Оптические пинцеты, впервые продемонстрированные в 1980-х годах, стали важным инструментом для ученых в области биологии, химии и физики для проведения экспериментов на молекулярном и клеточном уровнях. Они позволяют изучать материалы или отдельные клетки, не удаляя их из родной среды.
Чтобы сделать устройство компактным, легким и портативным, Лю решил заменить объектив стеклянными оптическими волокнами. Но поскольку оптическое волокно чрезвычайно тонкое (около ширины человеческого волоса), его наконечник слишком мал, чтобы действовать как объектив, поэтому одно волокно не может фокусировать лазерный луч достаточно интенсивно, чтобы создать оптическую ловушку. Лю решил, что он может создать трехмерную оптическую ловушку, используя два волокна для проекции пересекающихся лучей света. Таким образом, он мог удерживать крошечный сферический объект на месте, одновременно определяя его положение с точностью до нанометра и измеряя силу удержания ловушки на объекте.
«Это доказывает, что нам не нужен объектив для создания ловушки», - сказал Лю, который работает над этим проектом 12 лет. «Если мы хотим иметь небольшую портативную систему, нам нужны только оптические волокна для захвата и измерения ячеек».
Используя оптические волокна, Лю доказал, что он создаст оптические пинцеты, которые более надежны и в 100 раз меньше традиционных. По мере исследования, он сделает клиническое устройство размером с обычный шприц, который может быть вставлен в кровеносный сосуд для улавливания отдельных клеток. Со временем он будет продаваться в аптеках, чтобы люди делали анализ дома.
Использовать устройство можно будет только через несколько лет, но исследовательская группа работает над дальнейшим его совершенствованием, делая пинцет более удобным для других ученых.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171214140801.htm
Комментарии
Пока комментариев нет
Новый комментарий