Новости

21

Наносенсоры научились прилипать к живым клеткам

posted on
Наносенсоры научились прилипать к живым клеткам

Группа ученых из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы разработала нанодатчики, способные прилипать к поверхности живых клеток и передавать информацию об их теплофизических свойствах, при этом не повреждая их. Научная статья опубликована в журнале Small, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте университета.

Знание теплофизических свойств живых клеток имеет важное значение для использования в различных областях биологии и техники, например в термографии, для обнаружения и лечения рака или при оценке здоровья и жизнеспособности клеток. Однако, при создании устройств, способных определять такие параметры, разработчики сталкиваются с двумя проблемами — клетки имеют малые размеры и обладают изменяющимися неровными формами. Кроме того, велик риск повредить оболочку клетки при измерениях. Теперь же исследователи смогли обойти все эти проблемы и создать такое устройство.

Микрофотография раковой клетки, покрытой нанодатчиком
Микрофотография раковой клетки, покрытой нанодатчиком

 

Сам датчик состоит из гибкой наномембраны, толщиной 40 нанометров, на основе нитрида галлия (GaN), которая способна плотно прилегать к клеточной оболочке и обеспечивать хороший тепловой контакт. GaN был выбран из-за надежности, химической стабильности и биосовместимости. Мембрана облучается монохроматическими импульсами гелиево-кадмиевого лазера, работающего в ультрафиолетовом диапазоне. Лазерный импульс нагревает мембрану и вызывает фотолюминесценцию, при этом возникает излучение света с частотой, зависящей от температуры мембраны. Эта температура, в свою очередь, зависит от теплофизических свойств клетки — теплопроводности и температуропроводности, которые можно определить. Пространственная точность методики определяется шириной пятна сфокусированного лазерного импульса. Между наномембраной и клеткой вставляется тонкий диск из золота (с диаметром 2,35 микрометров и толщиной 250 нанометров), который поглощает все переданное лазерное излучение, позволяя обеспечить нагрев мембраны и передачу тепла клетке без повреждения ее УФ-излучением.

Устройство наносенсора и схема определения теплофизических свойств клетки. Во врезке показаны процессы, идущие при воздействии на мембрану лазерного импульса (толстая черная стрелка), возникающего спонтанного светового излучения (синие стрелки) и диффузии тепла сквозь клетку (тонкие черные стрелки)
Устройство наносенсора и схема определения теплофизических свойств клетки. Во врезке показаны процессы, идущие при воздействии на мембрану лазерного импульса (толстая черная стрелка), возникающего спонтанного светового излучения (синие стрелки) и диффузии тепла сквозь клетку (тонкие черные стрелки)

 

Исследователи применили созданный датчик для изучения свойств двух типов раковых клеток — рака молочной железы и рака шейки матки. Выяснилось, что измеренные теплофизические свойства клеток различаются, причем не только в случае различных типов рака, но и в случае различных подтипов одного и того же вида рака (дуктальный и люминальный рак молочной железы). Наблюдалась корреляция между инвазивностью раковых клеток (их способностью распространяться в организме) и их теплофизическими свойствами. Все это указывает на возможность применения данной разработки в медицине при диагностике рака, кроме того, датчик с успехом использовался для определения теплопроводящих свойств стекол и полимеров.

Экспериментальное определение теплофизических свойств раковых клеток. (а) Изображение мембраны из GaN с прикрепленным микродиском из Au, полученное на оптическом микроскопе. (b) Изображение мембраны из GaN с прикрепленным микродиском из Au, полученное методом атомно-силовой микроскопии. (c) Профиль высоты датчика. (d) Процесс переноса датчика на живые клетки при помощи вольфрамовой иглы. e) Микрофотография раковой клетки (зеленая), покрытая наномембраной (пурпурный). Изображение в ложных цветах, полученное на растровом электронном микроскопе. f) Полученные экспериментальные данные по фотолюминесцентному излучению для разных групп раковых клеток.
Экспериментальное определение теплофизических свойств раковых клеток. (а) Изображение мембраны из GaN с прикрепленным микродиском из Au, полученное на оптическом микроскопе. (b) Изображение мембраны из GaN с прикрепленным микродиском из Au, полученное методом атомно-силовой микроскопии. (c) Профиль высоты датчика. (d) Процесс переноса датчика на живые клетки при помощи вольфрамовой иглы. e) Микрофотография раковой клетки (зеленая), покрытая наномембраной (пурпурный). Изображение в ложных цветах, полученное на растровом электронном микроскопе. f) Полученные экспериментальные данные по фотолюминесцентному излучению для разных групп раковых клеток.


   
Ранее мы рассказывали о других новых методах исследования живых клеток — так например ученые впервые получили термальное изображение единичной клетки, смогли увидеть клетки в 3D без электронного микроскопа, а на днях появилось описание метода, позволяющего визуализировать структуры, формирующие синапс, с помощью обычного светового микроскопа.

| Categories: | Tags: онкология, рак, наносенсоры, нанодатчики, датчики, диагностика | Comments: (0) | View Count: (219) | Return
0 ( 0 reviews)

Post a Comment