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.

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

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

FOTO: Ústav přístrojové techniky AV ČR

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.

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

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

FOTO: Ústav přístrojové techniky AV ČR

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.

Video

Pohled na fasetu vlákna se zachycenými částicemi

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.

3D optické zachycení několika částic skrze optické vlákno

3D optické zachycení několika částic skrze optické vlákno

FOTO: Ústav přístrojové techniky AV ČR

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.