Ученые создали лазерные «вихри», которые вращают крошечные клетки, не прикасаясь к ним
Исследователи разработали новый лазерный метод, позволяющий вращать микроскопические образцы во всех трех пространственных направлениях без физического контакта.
До сих пор вращение чрезвычайно хрупких микроскопических образцов во всех направлениях без физического контакта представляло собой серьезную техническую проблему. Теперь исследователи из Карлсруэского технологического института (KIT) создали лазерный метод, позволяющий свободно вращать крошечные образцы, такие как клетки, во всех трех измерениях без физического контакта.
Техника работает за счет использования лазера для создания небольших температурных различий в окружающей жидкости. Эти изменения температуры генерируют мягкие потоки жидкости, которые перемещают и вращают образец. Поскольку процесс исключает прямое прикосновение, он помогает защитить хрупкие материалы, одновременно повышая точность трехмерной визуализации, что является важным достижением для фундаментальных медицинских исследований.
Улучшение трехмерной микроскопической визуализации
Современные оптические микроскопы могут получать высокодетальные изображения в одной плоской плоскости, подобно фотографии. Однако точная фиксация глубины остается сложной задачей.
Для построения точных трехмерных моделей ученым необходимо получать изображения с разных ракурсов и объединять их. Для этого требуется вращение изучаемого образца. Новый метод KIT позволяет достичь этой цели гораздо более щадящим способом, чем предыдущие методы.
Исследовательская группа под руководством профессора Морица Крейсинга и доктора Фан Нана из Института биологических и химических систем KIT нагревает небольшие участки жидкости, окружающей образец, с помощью лазера. Возникающее в результате движение жидкости позволяет исследователям с высокой точностью управлять плавающими микроскопическими объектами без использования механических инструментов, таких как крошечные иглы, пипетки или захваты.
«Мы не манипулируем образцом напрямую, — говорит Нан. — Вместо этого мы контролируем движение окружающей жидкости, чтобы объект выровнялся».
Потенциальные области применения за пределами микроскопии
Ученые годами изучали потоки жидкости, управляемые лазером, но более ранние подходы позволяли движение только в одной плоскости. Новая система также может создавать контролируемое вращение в трех измерениях. Быстро сканируя лазер, исследователи создают спиралевидный поток, который медленно вращает микроскопические объекты, подобно маленькой бумажной лодочке, вращающейся в миниатюрном водовороте.
Этот трехмерный контроль позволяет исследователям получить более четкое представление о клеточных структурах с разных ракурсов. «Когда образцы можно выровнять более точно, мы видим больше деталей», — говорит Крейсинг. «Это ключевое условие для лучшего понимания биологических структур и процессов».
Крейсинг говорит, что эта техника в конечном итоге может быть полезна не только для биологической визуализации, но и для бесконтактной микроманипуляции, микроскопической робототехники и сверхточного производства в чрезвычайно малых масштабах.
