211service.com
Maži įrenginiai naudoja šviesą ląstelėms patraukti
Maži optiniai įtaisai, galintys patraukti mažas daleles iš skysčio, naudodami fotonų jėgą, gali leisti atvaizduoti ir identifikuoti ligas ląsteles mikroschemoje be mikroskopų. Harvardo universiteto fizikų sukurti naujo tipo optiniai spąstai yra skirti integruoti su mikrofluidiniais prietaisais, kai kurie iš jų šiuo metu yra klinikiniuose tyrimuose, skirtuose vėžiui diagnozuoti ir pacientų atsakui į gydymą stebėti. Harvardo mokslininkai įrodė, kad jų optiniai spąstai su lustu gali padaryti tai, ko paprastai reikia didelio mikroskopo ir galingo lazerio.
Šviesos jėga: Auksine plėvele (centre) padengtas silicio lustas, apšviestas per prizmę sklindančia lazerio šviesa, gali ištraukti daleles iš viršaus tekančio skysto tirpalo.
Optiniai spąstai, technologija, sukurta devintajame dešimtmetyje, paprastai kainuoja dešimtis tūkstančių dolerių ir reikalauja galingų lazerių ir mikroskopų, kad šviesa būtų sutelkta į tokias mažas daleles kaip pavieniai atomai. Fotonai neturi masės, tačiau jie turi impulsą, o šio impulso perkėlimas į atomą, molekulę ar ląstelę leidžia fizikai kontroliuoti dalelės judėjimą, laikyti ją visiškai nejudančią, kad būtų galima stebėti, arba traukiant ją, kad galėtų stebėti jos atsaką. Nuo pat jų išradimo optiniai spąstai buvo naudojami daugeliui pagrindinių mokslo pasiekimų. Tačiau Harvardo grupė, vadovaujama elektrotechnikos docento Kennethas Crozier , tikisi naudoti optinius spąstus diagnostikos prietaisuose, todėl jie bus pigūs ir pakankamai maži, kad būtų praktiški medicinoje.
Optiniai spąstai, kuriuos sukūrė Crozier kartu su Harvardo mokslininkais Ethanu Schonbrunu ir Kai Wang, gali sugauti daleles taip pat stipriai, kaip ir sudėtingesnės sistemos. Crozier teigia, kad kompaktiški spąstai gali būti integruoti į mikrofluidiką ir, pavyzdžiui, naudojami rūšiuoti ir vaizduoti ligos ląsteles kraujyje. Mikrofluidiniai lustai perneša ląsteles skystyje ir paprastai kontroliuoja jų judėjimą naudodami fizines kliūtis ir slėgio bei įtampos pokyčius. Crozier optiniai spąstai gali švelniai nutempti ląsteles žemyn iki lusto paviršiaus, kad būtų galima stebėti, o tada naudoti ląsteles rūšiuoti pagal jų tapatybę. Grupė pristatė savo pasiekimus metinė konferencija iš Amerikos optinė draugija šį mėnesį San Chosė, Kalifornijoje.
Naudodami puslaidininkių pramonei būdingus gamybos metodus, Harvardo mokslininkai sukūrė dviejų skirtingų dizainų lustus. Vienas iš jų yra silicio lustas, raštuotas penkių mikrometrų spindulio žiedu. Kai apšviečiamas lazeriu, šviesa rezonuoja aplink žiedą, sukurdama optinę jėgą, kuri gali ištraukti daleles iš skysčio, tekančio virš lusto. Kitas yra lustas, sudarytas iš 64 akies brėžinių. Kiekvienas iš jų, apšviestas, gali sulaikyti tekančią dalelę. Be to, šie modeliai sufokusuoja šviesą labai panašiai į mikroskopą. Kiekvienas iš jų turi konfokalinio mikroskopo funkciją ir gali būti naudojamas norint gauti 3-D ląstelės vaizdą, sako Crozier.
Fokusavimo galia: Šis lustas, pritvirtintas sąvaržėlėmis ant mikroskopo objektyvo stebėjimui, yra išmargintas 500 nanometrų pločio aukso plėvelėmis. Kai šviesa apšviečia auksines linijas per prizmę, esančią po lustu, susidaro paviršiaus energijos bangos, kurios gali sulaikyti daleles ir jas stumti.
Jei norite rūšiuoti ląsteles, silicio optika yra geras kelias, sako Tomas Perkinsas , fizikas iš Nacionalinio standartų ir technologijų instituto Boulderyje, CO. Perkinso teigimu, silicio sistemų pranašumas, palyginti su įprastomis optinėmis gaudyklėmis, yra suderinamumas su mikrofluidika ir jau taikomais kompiuterių lustų gamybos metodais.
Trečiasis Crozier's dizainas yra pagrįstas auksinėmis struktūromis, kurios gali generuoti šviesos energijos formą, vadinamą plazmonais. Kai apšviečiama lygi aukso plėvelė, šviesa susijungia su paviršiumi paviršiaus bangų, vadinamų plazmonais, pavidalu; šių bangų sukuriamos jėgos yra labai lokalizuotos ir labai stiprios. Crozier įrodė, kad ilgos, kūginės aukso plėvelės, margintos silicio drožlėmis, apšviestos šviesa, sklindančia per mažą prizmę, gali būti panaudotos dalelei nutempti žemyn ir stumti išilgai aukso paviršiaus. Keičiant šviesos kampą, galima valdyti dalelės greitį. Tokio tipo struktūra bus ypač naudinga ląstelių rūšiavimui, sako Crozier.
Tokio tipo sistemos galiausiai gali pakeisti klinikinius laboratorinius prietaisus, vadinamus srauto citometrais Holgeris Schmidtas , elektros inžinerijos profesorius ir Kalifornijos universiteto Santa Kruze Keck nanoskalės optofluidikos centro direktorius. Šiandieniniai srauto citometrai naudoja didelių gabaritų optines sistemas, kad atskirtų ląsteles, tarkime, kraujo mėginyje pagal jų dydį ir formą. Lustinė optika galėtų padaryti tą patį, bet kainuotų daug pigiau ir būtų nešiojama, todėl ją būtų galima atnešti prie paciento lovos. Schmidtas, sukūręs kompaktiškas, jautrias optines sistemas ląstelių organelėms gaudyti ir atskiroms viruso dalelėms aptikti, teigia, kad šie kompaktiški optiniai spąstai rinkoje gali pasirodyti vos po trejų ar penkerių metų.