Urządzenie, które “słyszy” pojedyncze komórki!

Naukowcy stworzyli nano-światłowód, który wyczuwa niewiarygodnie małe siły, począwszy od generowanych przez poruszające się bakterie “fal”, aż po “bicie serca” komórki! Tego rodzaju technologia może pozwolić na bardzo szczegółowego monitorowanie indywidualnych komórek i obserwacji, czy nie zachodzą w nich zmiany nowotworowe.

“To może otworzyć drzwi do śledzenia małych zmian i interakcji komórkowych, które nie mogły być wcześniej wychwytywane” komentuje członek zespołu badawczego Donald Sirbuly z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, gdzie opracowano urządzenie.

Postępy w technologiach mikroskopowych pozwalają nam zagłębić się w szczeliny naszego fizycznego świata, ale aby naprawdę zrozumieć, co się dzieje, potrzeba czegoś więcej niż tylko obserwacji z dystansu – musimy to poczuć.

Mikroskopy, które mogą wykryć niezwykle małe siły, już istnieją, Najlepszy z nich jak do tej pory to Mikroskop Sił Atomowych (AFM), który jest stale udoskonalany. Niestety ze względu na sposób, w jaki siły atomowe działają, instrument nie może być pomniejszony, aby znaleźć zastosowanie w obserwacji systemów biologicznych. To zadanie wymagało więc opracowania nowej technologii.

Amerykański zespół stworzył światłowód wykonany z tlenku cyny, 100 razy cieńszy od ludzkiego włosa. Tlenek cyny pokryto cienką warstwą polimeru, który pokryto następnie złotymi nanocząsteczkami.

Światło przepuszczone przez światłowód wchodzi w interakcje ze złotymi nanocząstkami. Biologiczne siły oraz dźwięki zderzając się z nimi, spychają cząstki złota w głąb warstw polimerów. To powoduje, że wchodzą one w interakcje ze światłem, zwiększając jego intensywność. Tym sposobem możemy monitorować niewielkie siły wywołane bakteriami lub biciem serca komórki. Dzięki nowej technologii jesteśmy w stanie oszacować ilość dźwięków wydawanych przez daną komórkę.

“To nowe narzędzie do wysokiej rozdzielczości nano mechanicznych badań”.

Technika światłowodowa okazuje się 10 razy bardziej wrażliwa niż AFM – może wykryć siły mniejsze niż 160 femtoniutonów i dźwięki cichsze niż -30 decybeli, czyli tysiąc razy mniej niż wykrywa ludzkie ucho!

Dla porównania jabłko wywiera siłę wartości 1 newtona, 100 femtonewtonów to bilionowa część tej siły, a dokładnie wartość, jaką ma kawałek jabłka, pociętego na 10 bilionów małych plasterków.

W przyszłości naukowcy planują wykorzystać nanowłókna do pomiaru bioaktywności pojedynczych komórek i monitoringu ich zachowań mechanicznych. W perspektywie jest również polepszenie możliwości „słuchania” włókien, aby stworzyć ultra-wrażliwe stetoskopy biologiczne.

Źródło: Sciencealert