211service.com
Mazas ierīces izmanto gaismu, lai satvertu šūnas
Sīkas optiskās ierīces, kas var satvert nelielas daļiņas no šķidruma, izmantojot fotonu spēku, varētu ļaut attēlot un identificēt slimības šūnas mikroshēmā, neizmantojot mikroskopus. Jaunie optisko slazdu veidi, ko izstrādājuši Hārvardas universitātes fiziķi, ir paredzēti integrēšanai ar mikrofluidiskām ierīcēm, no kurām dažas pašlaik tiek klīniskos pētījumos vēža diagnosticēšanai un pacientu reakcijas uz terapiju uzraudzībai. Hārvardas pētnieki ir parādījuši, ka viņu optiskie slazdi ar mikroshēmu var paveikt to, kas parasti prasa lielu mikroskopu un jaudīgu lāzeru.
Gaismas spēks: Silīcija mikroshēma, kas pārklāta ar zelta plēvi (centrā), kad to apgaismo lāzera gaisma, kas spīd caur prizmu, var izvilkt daļiņas no šķidrā šķīduma, kas plūst virsū.
Optiskie slazdi, tehnoloģija, kas izstrādāta 1980. gados, parasti maksā desmitiem tūkstošu dolāru, un tiem ir nepieciešami jaudīgi lāzeri un mikroskopi, lai fokusētu gaismu uz daļiņām, kas ir tik mazas kā atsevišķi atomi. Fotoniem nav masas, bet tiem ir impulss, un šī impulsa pārnese uz atomu, molekulu vai šūnu ļauj fiziķiem kontrolēt daļiņas kustību, turot to pilnīgi nekustīgu novērošanai vai pievelkot to, lai uzraudzītu tās reakciju. Kopš to izgudrošanas optiskie slazdi ir izmantoti daudzu pamata zinātnes sasniegumu sasniegšanai. Bet Hārvardas grupa, ko vada elektrotehnikas asociētais profesors Kenets Krozjē , cer izmantot optiskos slazdus diagnostikas ierīcēs, padarot tās lētas un pietiekami mazas, lai tās būtu praktiskas medicīnā.
Optiskie slazdi, ko Krozjē izstrādāja kopā ar Hārvardas pētniekiem Ītanu Šonbrunu un Kai Vangu, var notvert daļiņas tikpat spēcīgi kā sarežģītākas sistēmas. Crozier saka, ka kompaktos slazdus varētu integrēt mikrofluidikā un izmantot, piemēram, slimību šūnu šķirošanai un attēlošanai asinīs. Mikrofluidiskās mikroshēmas pārvieto šūnas apkārt šķidrumā un parasti kontrolē to kustības, izmantojot fiziskas barjeras un spiediena un sprieguma izmaiņas. Crozier optiskie slazdi var viegli novilkt šūnas uz mikroshēmas virsmu novērošanai un pēc tam izmantot šūnu šķirošanai, pamatojoties uz to identitāti. Grupa prezentēja savus sasniegumus gada konference no Amerikas Optiskā biedrība šomēnes Sanhosē, Kalifornijā.
Izmantojot pusvadītāju nozarei kopīgas ražošanas metodes, Hārvardas pētnieki raksta mikroshēmas ar diviem dažādiem dizainiem. Viens no tiem ir silīcija mikroshēma, kas veidota ar gredzenu, kura rādiuss ir pieci mikrometri. Apgaismojoties ar lāzeru, gaisma rezonē ap gredzenu, radot optisku spēku, kas var izvilkt daļiņas no šķidruma, kas plūst virs mikroshēmas. Vēl viena ir mikroshēma, kas veidota ar 64 bullseye rakstiem. Katrs no tiem, apgaismojot, var notvert kādu plūstošu daļiņu. Turklāt šie modeļi fokusē gaismu tādā veidā, kas ir ļoti līdzīgs mikroskopam. Katram no tiem ir konfokālā mikroskopa funkcija, un to var izmantot, lai iegūtu šūnas trīsdimensiju attēlu, saka Crozier.
Fokusēšanas jauda: Šī mikroshēma, kas piestiprināta ar saspraudes uz mikroskopa objektīva novērošanai, ir veidota ar zelta plēvēm, kuru platums ir 500 nanometri. Kad gaisma spīd uz zelta līnijām caur prizmu zem mikroshēmas, tā veido virsmas enerģijas viļņus, kas var notvert daļiņas un virzīt tās sev līdzi.
Ja vēlaties veikt šūnu šķirošanu, silīcija optika ir labs ceļš, saka Toms Pērkinss , fiziķis Nacionālajā standartu un tehnoloģiju institūtā Boulderā, CO. Pērkins saka, ka silīcija sistēmu priekšrocība salīdzinājumā ar parastajiem optiskajiem slazdiem ir savietojamība gan ar mikrofluidiku, gan ar jau izmantotajām datoru mikroshēmu izgatavošanas metodēm.
Trešais Crozier dizains ir balstīts uz zelta struktūrām, kas var radīt gaismas enerģijas veidu, ko sauc par plazmoniem. Kad tiek izgaismota gluda zelta plēve, gaisma savienojas ar virsmu virsmas viļņu veidā, ko sauc par plazmoniem; šo viļņu radītie spēki ir ļoti lokalizēti un ļoti spēcīgi. Krozjē ir pierādījis, ka garas, konusveida zelta plēves, kas veidotas uz silīcija mikroshēmām, var tikt izmantotas, ja tās apgaismo gaisma, kas spīd cauri nelielai prizmai, lai novilktu daļiņu uz leju un pēc tam nospiestu to gar zelta virsmu. Mainot gaismas leņķi, ir iespējams kontrolēt daļiņas ātrumu. Šāda veida struktūra būs īpaši noderīga šūnu šķirošanai, saka Crozier.
Šāda veida sistēmas galu galā var aizstāt klīniskās laboratorijas ierīces, ko sauc par plūsmas citometriem, saka Holgers Šmits , elektrotehnikas profesors un Keck nanomēroga optofluidikas centra direktors Kalifornijas Universitātē Santakrusā. Mūsdienu plūsmas citometri izmanto apjomīgas optiskās sistēmas, lai atdalītu šūnas, piemēram, asins paraugā, pamatojoties uz to izmēru un formu. Mikroshēmas optika varētu darīt to pašu, taču tā maksātu daudz mazāk un varētu būt pārnēsājama, ļaujot to nogādāt pie pacienta gultas. Šmits, kurš ir izstrādājis kompaktas, jutīgas optiskās sistēmas šūnu organellu notveršanai un atsevišķu vīrusa daļiņu noteikšanai, saka, ka šie kompaktie optiskie slazdi varētu nonākt tirgū pēc trim līdz pieciem gadiem.