Pokroky v rozvoji povrchových „optických pinzet“ na podporu biomedicínského výzkumu

Iontová rezonance v nanokrystalech vytváří silnou optickou zachycovací sílu. Půjčka Dr. Van Wang

Významný pokrok v technologii optické pinzety vyvinuté vědci z Ústavu biomedicínských materiálů a zařízení pomůže podpořit biomedicínský výzkum.

Stejně jako ve Hvězdných válkách používá Jedis „energii“ k dálkovému ovládání objektů, vědci mohou pomocí světla nebo „optické síly“ pohybovat velmi malými částicemi. Vynálezci této průkopnické laserové technologie, známé jako „optické pinzety“, získali v roce 2018 Nobelovu cenu za fyziku.

Optická pinzeta se používá v biologii, medicíně a vědě o materiálech ke sběru a manipulaci s nanočásticemi, jako jsou atomy zlata. Technologie se však spoléhá na rozdíl mezi lomovými vlastnostmi zachycené částice a jejím prostředím.

Vědci nyní objevili novou techniku, která jim umožňuje manipulovat s částicemi, které mají stejné refrakční vlastnosti jako pozadí, čímž překonávají základní technické výzvy.

Studie. „Optická pinzeta přesahující nesoulad indexu lomu s použitím vysoce dopovaných transformačních nanočástic,“ nedávno zveřejněna Přírodní nanotechnologև.

„Tento průlom má obrovský potenciál, zejména v oblastech, jako je medicína,“ řekl Dr. Fan Wang, spoluautor University of Sydney School of Technology (UTS).

„Tradičně potřebujete stovky miliwattů laserové energie k zachycení 20 nanometrového kusu zlata. S naší novou technologií dokážeme zachytit 20 nanometrových částic pomocí desítek milwattů elektřiny.

Khuchen pes

“Schopnost tlačit, táhnout nebo měřit síly mikroskopických předmětů uvnitř buněk, jako je DNA: nebo intracelulární enzymy mohou vést k pochopení pokroku při hojení diseases různých onemocnění, jako je cukrovka nebo rakovina.

„Tradiční mechanické mikro-sondy používané k manipulaci s buňkami jsou invazivní, řešení polohy je nízké. „Mohou měřit pouze takové věci, jako je tuhost buněčné membrány, nikoli síla proteinů molekulárních motorů uvnitř buňky.“

Výzkumný tým vyvinul jedinečnou metodu řízení refrakčních vlastností nanočástic – dopování nanokrystalů vzácnými kovovými ionty.

Při překonání této první zásadní výzvy pak tým optimalizoval dopingovou koncentraci iontů tak, aby dosáhl pasti nanočástic na mnohem nižší energetické úrovni, čímž se účinnost zvýšila třicetkrát.

„Tradičně potřebujete stovky miliwattů laserové energie k zachycení zlaté částice o velikosti 20 nanometrů. „S naší novou technologií dokážeme zachytit 20 nanometrové částice za použití desítek milwattů elektřiny,“ uvedl Kuchen Shan, první spoluautor a kandidát UTS Electrical and Data Engineering School.

„Naše optické pinzety také dosáhly rekordních úrovní pro nanočástice ve vodném roztoku„ tvrdosti “. „Je pozoruhodné, že teplo generované touto metodou bylo ve srovnání se starými metodami nevýznamné, takže naše optické pinzety nabízejí řadu výhod,“ říká.

Dr. Peter Reese, spoluautor University of New South Wales, říká, že tento důkaz koncepce je významným pokrokem v oblasti, která je pro biologické výzkumníky stále obtížnější.

„Vyhlídka na výzkum na vysoké úrovni v nanoměřítku je velmi zajímavá. „Doufáme, že silová sonda může být označena pro intracelulární struktury, orgány, což umožní optickou manipulaci s těmito strukturami,“ řekl.

Profesor Deyong Jin-in, ředitel UTS Institute of Biomedical Materials (IBMD), spoluautor, říká, že tato práce otevírá nové možnosti funkční hypersenzitivity v intracelulární biomechanice.

„Výzkum společnosti IBMD se zaměřuje na transformaci fotoniky na biomedicínské programy pro pokrok v oblasti materiálové technologie. Tento typ technologického vývoje dobře zapadá do této vize,“ uvedl profesor Jinn.

„Jakmile odpovíme na otázky základní vědy, objevíme nové mechanismy fotoniky, vědy o materiálech a přejdeme k jejich aplikaci. „Tento nový průlom nám umožní použít nízkoenergetické, méně invazivní, nanoskopické objekty, jako jsou živé buňky, intracelulární komory, k zachycení vysoce přesné manipulace, nanoměřítkové biomechaniky.“

Odkaz. Xuchen Shan, Fan Wang, Dejiang Wang, Shihui Wen, Chaohao Chen, Xiangjun Di, Peng Nie, Jiayan Liao, Yongtao Liu, Lei Ding, Peter J. Reece. և Deong Jin v roce 2021 18. února Přírodní nanotechnologie,
DOI: 10.1038 / s41565-021-00852-0:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.