Ученые создали нановолокно, способное ощущать невероятно малые силы — от «волн», создаваемых движущимися бактериями, до «сердцебиения» клетки! Подобная технология может позволить проводить очень детальный мониторинг отдельных клеток и наблюдать, происходят ли в них раковые изменения.
«Это может открыть дверь для отслеживания небольших изменений и клеточных взаимодействий, которые невозможно было зафиксировать раньше», — комментирует член исследовательской группы Дональд Сирбули из Калифорнийского университета в Сан-Диего, где было разработано устройство.
Достижения в области микроскопии позволяют нам заглянуть в глубины нашего физического мира, но чтобы по-настоящему понять происходящее, нужно не просто наблюдать издалека, а почувствовать его.
Микроскопы, способные обнаруживать чрезвычайно малые силы, уже существуют. Лучшим из них на сегодняшний день является атомно-силовой микроскоп (АСМ), который постоянно совершенствуется. К сожалению, из-за особенностей работы атомных сил прибор не может быть масштабирован для использования в наблюдении за биологическими системами. Таким образом, для решения этой задачи потребовалось разработать новую технологию.
Американская команда создала оптическое волокно из оксида олова, которое в 100 раз тоньше человеческого волоса. Оксид олова был покрыт тонким слоем полимера, на который затем были нанесены наночастицы золота.
Свет, проходящий через оптическое волокно, взаимодействует с наночастицами золота. Биологические силы и сталкивающиеся звуки проталкивают частицы золота вглубь полимерных слоев. Это заставляет их взаимодействовать со светом, увеличивая его интенсивность. С его помощью мы можем отслеживать малые силы, вызванные бактериями или сердцебиением клетки. Благодаря новой технологии мы можем оценить количество звуков, издаваемых клеткой.
«Это новый инструмент для наномеханических исследований с высоким разрешением».
Волоконно-оптический метод оказался в 10 раз чувствительнее АСМ — он может обнаруживать силы менее 160 фемтосекунд и звуки тише -30 децибел, что в тысячу раз меньше, чем улавливает человеческое ухо!
Для сравнения: яблоко оказывает силу величиной в 1 ньютон, 100 фемтонов — это триллионная часть этой силы, или, точнее, величина, которую имеет кусочек яблока, разрезанный на 10 триллионов маленьких долек.
В будущем исследователи планируют использовать нановолокна для измерения биоактивности отдельных клеток и мониторинга их механического поведения. Улучшение возможностей волоконного «прослушивания» для создания сверхчувствительных биологических стетоскопов также в перспективе.
Источник: Sciencealert