Hlavní obsah

Nové optické pasti umožní bezpečné studium živých buněk

Novinky,

Mezinárodnímu týmu vědců s podporou Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR v Brně se podařilo vytvořit optické pasti podobné protonové krosně z filmu Krotitelé duchů, pouze v miniaturních rozměrech. Má to umožnit bezpečné manipulace s mikroskopickými objekty i studium mechaniky buněk a biomolekul hluboko v živých tkáních.

BEZ KOMENTÁŘE: Částice zachycené pomocí optického vlákna je možné přesunout do jinak nepřístupných dutinVideo: Ústav přístrojové techniky AV ČR

 
Článek

Optickou past tvoří laserový svazek soustředěný do miniaturní stopy, který se může využít k zachycení nanoskopických a mikroskopických objektů a manipulaci s nimi. K takovým patří buňky, bakterie či části DNA.

I když optické pasti nejsou žádnou novinkou, vědecký tým využil metody takzvaného holografického tvarování světla k vytvoření trojdimenzionální pasti za jediným optickým vláknem o tloušťce menší než lidský vlas.

Bez rizika poškození tkání

Dosud používané metody vyžadují objemnou optiku umístěnou v blízkosti manipulovaných objektů. Oproti tomu nová metoda využívající tenké optické vlákno umožňuje přístup do skrytých dutin. Dovolí pozorovat, manipulovat a zasahovat hluboko v tkáních živých organismů bez hrozby vážného poškození i těch nejcitlivějších tkání.

Foto: Ústav přístrojové techniky AV ČR

Částice zachycené pomocí optického vlákna je možné přesunout do jinak nepřístupných dutin (zde poloprůhledné trubička).

Aby bylo možné optické pasti takto vytvářet, vyvinula se nová třída optických vláken poskytující doteď nedosažitelnou úroveň fokusování světla za optickým vláknem. To je nezbytné pro stabilní zachycení mikročástic světlem.

Tento přístup navíc dovoluje současně vytvořit několik pastí, které pak přemísťují zachycené objekty s nanometrovou přesností i uvnitř jinak neprůhledného prostředí. Dle výzkumníků to se standardní optikou není možné.

Foto: Ústav přístrojové techniky AV ČR

Optické vlákno přenáší nejen data. Pomocí tvarování světla může bezkontaktně pohybovat s mikroobjekty jako pinzeta.

Studie byla zahájena na Univerzitě v Dundee ve Skotsku za podpory Max Planck Institutu pro vědy o světle v německém Erlangenu, kde byla nová vlákna vyvinuta, dále se na studii podílel Leibnizův institut pro fotonické technologie v německé Jeně a brněnský Ústav přístrojové techniky AV ČR.

Mezinárodní tým vedl český rodák Tomáš Čižmár, který po desetiletém působení ve Skotsku zahájil letos nový výzkumný projekt na vývoj holografické endoskopie právě v Brně.

BEZ KOMENTÁŘE: Pohled na fasetu vlákna se zachycenými částicemiVideo: Ústav přístrojové techniky AV ČR

Lékařská praxe s tím zatím nepočítá

„Standardní vláknové optické pasti lze k manipulacím použít pouze v umělých podmínkách na skle mikroskopu. Naše práce je první demonstrace trojrozměrného zachycení a manipulace mikročástic pomocí předem navržených světelných polí, která vycházejí z optických vláken. Díky tomu se nám v budoucnu otevřou vzrušující možnosti, jak zasahovat uvnitř živé hmoty,“ vysvětlil Čižmár.

Je to podle něj velký krok vpřed pro budoucí výzkum, jelikož nejdůležitější aplikace optických pastí jsou právě ve studiích molekulárních motorů. „Jejich poruchy mohou vést k závažným onemocněním včetně rakoviny. Nyní můžeme tyto procesy sledovat přímo v jejich přirozeném prostředí uvnitř živých organismů namísto umělých podmínek v mikroskopu,“ dodal.

Foto: Ústav přístrojové techniky AV ČR

3D optické zachycení několika částic skrze optické vlákno

Chirurg Alfred Cuschieri z Univerzity v Dundee doplnil, že s využitím v lékařské praxi zatím nepočítají. „Nicméně to pro nás znamená mnohem hlubší pochopení mechanických účinků biologických molekul. Díky optickým pastem máme větší představu nejen o funkcích svalů na mikroskopické úrovni, ale také o mechanických procesech genetických molekul a jejich poruch,“ uzavřel Cushieri.

Reklama

Související články

Akademie věd shání mladé vědce

Jak nanomateriál reaguje při střetu s živou buňkou? Jaký byl jídelníček ve středověkých městech? A bojí se hmyz ptáků? To vše budou moci zkoumat středoškoláci...

Výběr článků

Načítám