Устройство – наноразмерное оптоволокно, это на приблизительно в 100 раз более тонко, чем человеческие волосы. Это может обнаружить, захлопывает к 160 femtonewtons – приблизительно в десять триллионов раз меньший, чем ньютон – когда помещено в решение, содержащее живые бактерии хеликобактер пилори, которые плавают бактерии, найденные в пищеварительном тракте. В культурах бьющихся клеток сердечной мышцы от мышей нано волокно может обнаружить звуки вниз к-30 децибелам – уровень, который это одну тысячу раз ниже предела человеческого уха.«Эта работа могла открыть новые двери, чтобы отследить маленькие взаимодействия и изменения, которые не могли быть прослежены прежде», сказал преподаватель наноинженерии Дональд Сирбули в Сан-Диего UC Школа Джейкобса Разработки, которая привела исследование.
Некоторые заявления, он предполагает, включают обнаружение присутствия и деятельности единственной бактерии; контроль формирования связей и ломки; ощущение изменений в механическом поведении клетки, которое могло бы сигнализировать о нем становящийся злокачественным или подвергающийся нападению вирусом; или мини-стетоскоп, чтобы контролировать клеточную акустику в естественных условиях.Работа издана по своей природе Фотоника 15 мая.Оптоволокно, развитое Сирбули и коллегами, по крайней мере в 10 раз более чувствительно, чем атомный микроскоп силы (AFM), инструмент, который может измерить бесконечно мало малочисленные силы, произведенные взаимодействующими молекулами.
И в то время как AFMs – большие устройства, это оптоволокно составляет только несколько сотен миллимикронов в диаметре. «Это – мини-AFM с чувствительностью оптического пинцета», сказал Сирбули.Устройство сделано из чрезвычайно тонкого волокна оловянного диоксида, покрыло тонким слоем полимера, названного гликолем полиэтилена, и обило золотыми наночастицами. Чтобы использовать устройство, исследователи опускают нано оптоволокно в решение клеток, посылают пучку света вниз волокно и анализируют световые сигналы, которые это отсылает. Эти сигналы, на основе их интенсивности, указывают, сколько силы или звучат, волокно поднимает с окружающих клеток.
«Мы только не в состоянии забрать эти малочисленные силы и звуки, мы можем определить количество их использующий это устройство. Это – новый инструмент для высокого разрешения наномеханическое исследование», сказал Сирбули.
Вот то, как устройство работает: как легкие путешествия вниз оптоволокно, это взаимодействует сильно с золотыми наночастицами, которые тогда рассеивают свет как сигналы, которые могут быть замечены с обычным микроскопом. Эти световые сигналы обнаруживаются в особой интенсивности. Но та интенсивность изменяется, когда волокно помещено в решение, содержащее живые клетки.
Силы и звуковые волны от клеток поражают золотые наночастицы, выдвигая их в слой полимера, который отделяет их от поверхности волокна. Подталкивание наночастиц ближе к волокну позволяет им взаимодействовать более сильно со светом, снижающимся волокно, таким образом увеличивая интенсивность световых сигналов. Исследователи калибровали устройство, таким образом, они могли соответствовать интенсивности сигнала к разным уровням силы или звука.Ключ к созданию этой работы является слоем полимера волокна.
Это действует как весенний матрас, это достаточно чувствительно, чтобы быть сжатым к различным толщинам слабыми силами и звуковыми волнами, произведенными клетками. И Сирбули говорит, что слой полимера может быть настроен – если исследователи хотят измерить более многочисленные силы, они могут использовать более жесткое полимерное покрытие; для увеличенной чувствительности они могут использовать более мягкий полимер как гидрогель.
В дальнейшем исследователи планируют использовать нано волокна, чтобы измерить биологическую активность и механическое поведение единственных клеток. Будущие работы также включают улучшение возможностей «слушания» волокон создать ультрачувствительные биологические стетоскопы и настройку их акустического ответа, чтобы развивать новые методы отображения.