У США винайшли спосіб слухати клітини і бактерії організму

2

В Америці винайшли нову техніку, за допомогою якої можна слухати клітини тканин і найдрібніші живі організми – бактерії. Оптоволокно в nano-розмірах, яке характеризується високим рівнем чутливості, створено інженерами Каліфорнійського університету США.

Фахівці з штату Сан-Дієго змогли розробити тканину, здатну чути найменші шерехи, які створюють під час руху дрібні одноклітинні організми. Також оптоволокно може вловити звукову хвилю, яка відбувається під час биття серця в клітинах тканини.

Існує перспектива, що така гіперчутливість матеріалу дасть змогу медикам у майбутньому спостерігати за будь окремою структурною одиницею життєдіяльності організму і швидко отримувати дані про можливі зміни у правильному функціонуванні клітин.

«З допомогою такої технології ми відкриваємо перед собою можливості спостереження за найменшими змінами в людському тілі, що раніше не уявлялося можливим», – прокоментував появу нової технології як один із її розробників, інженер Каліфорнійського університету Дональд Сирбули.

Завдяки прогресу в мікроскопічних технологіях медицини, фахівці змогли дістатися до самих дрібних, невидимих частинок фізичного світу, однак це не допомогло їм зрозуміти процеси, що відбуваються там. У свою чергу можливість не просто спостерігати за цими процесами, але й відчувати і чути їх, зможе зробити переворот.

Треба підкреслити, що лабораторні мікроскопи, за допомогою яких можна дослідити крихітні биосилы, вже винайшли. Одним з таких апаратів є атомно-силової оптичний прилад, завдяки якому можна не просто спостерігати за поведінкою і переміщеннями атомів, але і керувати ними. Правда, технологія, згідно з якою функціонують такі прилади, не дає можливості застосовувати її для вивчення біологічних організмів. Щоб виміряти биосилы самих дрібних масштабів, потрібно використовувати революційно нові методи і підходи. Саме тому команда американських інженерів створила оптоволокно на основі оксиду олова, яке в порівнянні з людським волоссям в сто разів тонше.

Щоб експериментальна тканину могла відчувати і чути одноклітинні і мікроорганізми, на неї нанесли найтонший шар полімерної речовини, який суцільно покритий золотими nano-частинками.

Принцип роботи технології

Технологія застосування оптоволокна досить-таки легка. Головне – розмістити оксид олова, покритий полімерною речовиною, в розчин, який містить живі одноклітинні або багатоклітинні організми для вивчення. Оптоволокно почне випромінювати освітлення і вступить у взаємодію з мікрочастинками дорогоцінного металу. Після цього nano-частинки золота зіткнуться з біологічними силами організму і звукової хвилі, яку ці сили створюють, і виявляться втиснутими в оболонку оптоволокна. Завдяки цьому фахівці зможуть обчислити не тільки биосилу, але і зрозуміти рівень звуку, який вона виробляє.

Розробники оптоволокна змогли провести тестування цього методу і перевірити роботу винаходу, спостерігаючи за клітини серцевої тканини під час биття серця, а також за тим, як переміщуються органи бактерій.

«Завдяки цьому методу нам вдалося не просто виявити ледь відчутні біологічні сили і видавані ними звукові хвилі, але і провести їх кількісний аналіз. За допомогою інструменту можна буде проводити nano-механічне зондування. Оптоволокно відмінно підходить для цієї процедури у високому дозволі», – продовжує інженер.

Коли систему відкалібрував, з’ясувалося, що оксид олова подібного виду здатний бути в 10 разів чутливіші, ніж атомно-силовий мікроскоп, або навпаки, він може бути менш чутливим. Крім того, за допомогою оптоволокна надалі вдасться виявляти биосилы, які впливають менш, ніж на 160 фемтоньютонов і чути звукові коливання тихіше 30 децибел. Порівняно з можливостями людських органів слуху, це в 1000 разів менше, ніж ми можемо сприйняти або почути.

Інженери з університету в Сан-Дієго впевнені, що застосовуючи різні види полімерного покриття, легко вдасться збільшити ефективність оксиду олова. Наприклад, для вимірювання великих біологічних сил, можна випробувати більш міцну оболонку з полімеру, а, щоб виявити менші сили, ніж при русі бактерій, – застосувати з оптоволокном м’яке покриття, зразок гідрогелю.

Дослідження американців тривають і тепер дослідники університету збираються застосувати оптичні волокна, щоб обчислити біологічну активність і механічні пересування живих мікроорганізмів, взятих під окреме спостереження. Завдяки цьому експерименту, можливо, вдасться збільшити ефективність цієї техніки і її можливості, а в перспективі навіть розробити гіперчутливий біологічний стетоскоп.