Учени чуха действителните звуци, издавани от индивидуалните клетки

Накратко: Инженери са разработили наноразмерни оптични влакна, способни да улавят микроскопични звуци и механични вибрации от индивидуални клетки и бактерии. Този нов инструмент позволява прецизно наблюдение на биологични процеси и може да помогне за ранното откриване на патологични промени, като например превръщането на клетките в ракови.

Инженери са създали оптични влакна с наноразмери, способни да усещат невероятно малки въздействия – от турбуленцията, създавана от плуващите бактерии, до звуковите вълни вследствие от биенето на клетките на сърцето.

Чувствителността при биологичните системи може дори да ни позволи да наблюдаваме индивидуални клетки и да ни предупреждава за трудно уловимия процес на превръщане на нормална клетка в ракова.

Доналд Сърбули (Donald Sirbuly) от Калифорнийския университет в Сан Диего, който е част от екипа, се надява това да отвори нови възможности за проследяване на микроспокпични взаимодействия и промени, които не са могли да бъдат регистрирани по-рано.

Благодарение на развитието на микроскопската техника, сме стигнали и до най-малките пролуки на физическия свят, но за да разберем какво наистина се случва там, трябва нещо повече от гледането от разстояние – нужно е и да почувстваме какво става.

Микроскопите, които могат да улавят невероятно малки сили и въздействия, вече съществуват, и най-добрият в това – атомно-силовият микроскоп – непрестанно се усъвършенства.

За съжаление, заради начина, по който работят тези атомно-силови микроскопи, инструментът не може да бъде приведен в съответствие за работа с биологичните системи.

Измерването на биологичните влияния в много малки съдове изисква нов подход. Екипът от САЩ създал оптично влакно, направено от калаен оксид, което било 100 пъти по-тънко от човешки косъм – идеално за проби с малки размери. За да има чувствителност, калаеният оксид бил покрит с тънък полимерен слой, който след  това бил обсипан със златни наночастици.

Използването на влакното било много просто: всичко, което трябвало да направят, било да потопят наночастицата и покритата с полимер жичка в разтвор, съдържащ живи клетки или бактерии.

Как работи? По оптичното влакно се пуска светлина, която взаимодейства със златните наночастици. Биологичните въздействия и звуци се сблъскват с тях, тласкайки ги още по-навътре в полимерния слой, вследствие на което те взаимодействат повече със светлината, което пък повишава силата ѝ.

Използвайки този подход, учените успели да наблюдават миниатюрните въздействия, предизвикани от биенето на сърдечните клетки и от движенията на камшичетата на бактериите.

„Ние не просто можем да уловим тези малки промени и звуци, а можем и да ги определим. Това е нов инструмент за наномеханично тестване с висока резолюция“, обяснява Сърбули.

След калибровката техниката с оптичните влакна се оказала 10 пъти по-чувствителна, отколкото атомно-силовата микроскопия, и могла да засече въздействия на по-малко от 160 фемтонютона и звуци с по-малко от -30 децибела. Това е хиляда пъти по-малко, отколкото човешкото ухо може да долови.

За справка, една средна ябълка, поставена на земята, упражнява натиск от 1 нютон, а 100 фемтонютона са десет трилиона от тази сила – т.е. парченце от ябълката, която е била нарязана на 10 трилиона малки парчета.

Техниката може да засече цял диапазон от биологични въздействия и звуци, тъй като различни полимерни слоеве биха могли да бъдат използвани за покритие на тънкото окисно влакно. За да се измерят по-големи сили, е необходимо по-твърдо полимерно покритие, а по-малките въздействия биват засичани като оптичното влакно бъде покрито с много мек материал, какъвто е хидрогелът.

В бъдеще учените планират да използват нанофибрите, за да измерват биоактивността и механичното поведение на отделните клетки, както и да подобрят способностите за „слушане“ на влакното, за да създадат свръхчувствителен биологичен стетоскоп.

Откритията са публикувани в Nature Photonics.

Превод: Никол Николова

Източник: Science Alert

Живейте по-добре с наука!

  • Развийте критично мислене и изградете защита срещу дезинформация.

  • Придобийте ключови умения за по-добър живот с нашите курсове във формат текст, видео и аудио.

  • Открийте новостите и иновациите в медицината.

  • Само 3 минути дневно са достатъчни, за да трансформирате живота си!

  • Всеки месец ви очаква нов брой с увлекателни статии по биология, космос, технологии, история, медицина и много други.

Изживейте науката навсякъде и по всяко време, като я четете на най-удобното за вас устройство.

 
Годишен абонамент
ВИЖ ПОВЕЧЕ
  • Безкрайно знание - списание, видеа, аудио, книги и т.н.
  • Достъп от всякъде
  • Социална мрежа за знание с хора като вас.

Създадохме платформа, която предлага курсове и ръководства, насочени към решаването на житейски предизвикателства чрез научно обосновани методи. Тя не само подпомага личностното развитие, но и предоставя ценни знания за водене на по-здравословен, успешен и пълноценен живот. Благодарение на научния подход, потребителите ще имат възможност да подобрят своето благосъстояние и да постигнат по-високо качество на живот.

БГ Наука
Powered by  GDPR Cookie Compliance
Правила на поверителност

Използваме „бисквитки“, за да персонализираме съдържанието и рекламите, да предоставяме функции на социални медии и да анализираме трафика си. Също така споделяме информация за начина, по който използвате сайта ни, с партньорските си социални медии, рекламните си партньори и партньори за анализ.

Можете да коригирате всички настройки на „бисквитките“, като отворите разделите вляво.