Чем эффективны «оптические ловушки»
С помощью «оптической ловушки» ученые могут исследовать отдельные биологические микрообъекты, в том числе клетки в живой ткани. Если направить на них лазер с необходимой длиной волны, то объектами можно манипулировать, например удерживать в неподвижном состоянии. Инструмент, с помощью которого происходит такой захват, называют оптическим пинцетом.
Преимущество такого метода в том, что исследователь может наблюдать за биообъектом в его естественной среде. Например, можно «выхватить» отдельный эритроцит прямо в потоке крови внутри организма. При этом никакого вреда ему не будет.
«Если для аналогичных исследований использовать химические воздействия, то ученые имеют возможность наблюдать только группы клеток, а не одну. Кроме того, процент брака в таких исследованиях достаточно велик. Но для „оптической ловушки“ необходимо правильно выбрать длину волны для лазера, чтобы воздействие шло строго на исследуемые объекты. Например, для эритроцитов это волна длиной 1,064 микрон. Она никаким образом не воздействует на другие виды клеток», — пояснила Саусан Абдулразак.
О чем будет рассказано на финале Лиги Science Slam Университета ИТМО
Форма эритроцита в виде ватрушки позволяет «захватывать» его и перемещать в искусственную среду относительно легко. После этого исследователи могут наблюдать различные процессы воздействия на клетку со стороны других биообъектов. Участница студенческой Лиги Science Slam занимается исследованием эритроцитов с помощью оптического пинцета в лаборатории ФТИ им. Иоффе РАН. В частности, Саусан работает в составе группы, которая с помощью теоретической модели изучает, как именно паразит малярийный плазмодий разрушает эритроцит.
«В составе группы, в которой я сейчас работаю, мы серьезно продвинулись в упрощении модели расчета необходимого оптического воздействия на биообъект. Я создала модель, которая проста, эффективна и применима практически для любых исследований. Основой моей теории захвата являются законы геометрической оптики, а именно закон преломления и отражения света на границе раздела сред. Дело в том, что волна несет импульс, который и является причиной появления силы пленения при преломлении и отражении света. За счет именно преломления появляется сила, втягивающая объект в максимум интенсивности лазерного пучка, которым мы светим. Из-за этого нам необходимо подбирать длину волны лазера так, чтобы объект на этой длине волны был прозрачным, то есть отсутствовало поглощение света», — отмечает молодой ученый.
Перспективы
В России ученые только начинают подходить к изучению прикладных аспектов использования «оптических ловушек». Прорывных открытий в этой области, тем более в медицинской сфере, в стране еще не было. Исследования биообъектов с помощью оптического пинцета позволят проводить более точную диагностику при заболеваниях крови и создавать более эффективные лекарства.
«Это очень актуальная область исследований в биологии и медицине. Но нужно еще существенно улучшить лазерные технологии. Также „оптические ловушки“ можно использовать для изучения групп объектов, например колонии клеток кожи. В этом случае, упрощенно говоря, на специальной пластине устанавливаются несколько ловушек. Это открывает возможности для исследования технологий пересадки клеток», — отметила студентка Университета ИТМО.
