В Америке изобрели новую технику, при помощи которой можно слушать клетки тканей и мельчайшие живые организмы — бактерии. Оптоволокно в nano-размерах, которое характеризуется высоким уровнем чувствительности, создано инженерами Калифорнийского университета США.

Специалисты из штата Сан-Диего смогли разработать ткань, способную слышать мельчайшие шорохи, которые создают во время движения мельчайшие одноклеточные организмы. Также оптоволокно может уловить звуковую волну, которая происходит во время биения сердца в клетках ткани.

Существует перспектива, что такая гиперчувствительность материала даст возможность медикам в будущем наблюдать за любой отдельной структурной единицей жизнедеятельности организма и быстро получать данные о возможных переменах в правильном функционировании клеток.

«С помощью такой технологии мы открываем перед собой возможности наблюдения за мельчайшими переменами в человеческом теле, что раньше не представлялось возможными», — прокомментировал появление новой технологии один из ее разработчиков, инженер Калифорнийского университета Дональд Сирбули.

Благодаря прогрессу в микроскопических технологиях медицины, специалисты смогли добраться до самых мельчайших, невидимых частиц физического мира, однако это не помогло им понять происходящие там процессы. В свою очередь возможность не просто наблюдать за этими процессами, но и чувствовать и слышать их, сможет совершить переворот.

Надо подчеркнуть, что лабораторные микроскопы, при помощи которых можно исследовать крохотные биосилы, уже изобрели. Одним из таких аппаратов является атомно-силовой оптический прибор, благодаря которому можно не просто наблюдать за поведением и перемещениями атомов, но и управлять ними. Правда, технология, согласно которой функционируют такие приборы, не дает возможности применять ее для изучения биологических организмов. Чтобы измерить биосилы самых мелких масштабов, нужно использовать революционно новые методы и подходы. Именно поэтому команда американских инженеров создала оптоволокно на основе оксида олова, которое по сравнению с человеческим волосом в сто раз тоньше.

Чтобы экспериментальная ткань могла чувствовать и слышать одноклеточные и микроорганизмы, на неё нанесли тончайший пласт полимерного вещества, который сплошь покрыт золотыми nano-частичками.

Принцип работы технологии

Технология применения оптоволокна довольно-таки лёгкая. Главное — разместить оксид олова, покрытый полимерным веществом, в раствор, который содержит живые одноклеточные или многоклеточные организмы для изучения. Оптоволокно начнет излучать освещение и вступит во взаимодействие с микрочастицами драгоценного металла. После этого nano-частицы золота столкнутся с биологическими силами организма и звуковой волны, которую эти силы создают, и окажутся вдавленными в оболочку оптоволокна. Благодаря этому специалисты смогут вычислить не только биосилу, но и понять уровень звука, который она производит.

Разработчики оптоволокна смогли провести тестирование этого метода и проверить работу изобретения, наблюдая за клетками сердечной ткани во время биения сердца, а также за тем, как перемещаются органы бактерий.

«Благодаря этому методу нам удалось не просто выявить едва ощутимые биологические силы и издаваемые ими звуковые волны, но и провести их количественный анализ. С помощью инструмента можно будет проводить nano-механическое зондирование. Оптоволокно отлично подходит для этой процедуры в высоком разрешении», — продолжает инженер.

Когда систему откалибровали, выяснилось, что оксид олова подобного вида способен быть в 10 раз чувствительнее, нежели атомно-силовой микроскоп, или наоборот он может быть менее чувствительным. Кроме того, при помощи оптоволокна в дальнейшем удастся выявлять биосилы, которые воздействуют менее, чем на 160 фемтоньютонов и слышать звуковые колебания тише 30 децибел. По сравнению с возможностями человеческих органов слуха, это в 1000 раз меньше, чем мы можем воспринять или услышать.

Инженеры из университета в Сан-Диего уверены, что применяя разные виды полимерного покрытия, легко удастся увеличить эффективность оксида олова. К примеру, для измерения больших биологических сил, можно испробовать более прочную оболочку из полимера, а, чтобы выявить меньшие силы, чем при движении бактерий, — применить с оптоволокном мягкое покрытие, наподобие гидрогеля.

Исследования американцев продолжаются и теперь исследователи университета собираются применить оптические волокна, чтобы вычислить биологическую активность и механические передвижения живых микроорганизмов, взятых под отдельное наблюдение. Благодаря этому эксперименту, возможно, удастся увеличить эффективность этой техники и ее возможности, а в перспективе даже разработать гиперчувствительный биологический стетоскоп.