Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: Nové zařízení pro detekování miniaturních sil

Vědci pomocí nového čidla měřili síly v roztoku, kde se pohybovaly živé bakterie

Američtí fyzici a technologové sestrojili miniaturní silové čidlo, které je po vložení přímo do kapalného média schopno měřit síly menší než piconewton. Toto čidlo vědci využili při detekování sil spojených s plovoucími bakteriemi a s pohybem buněk srdečního svalu. Tvůrci se domnívají, že by sonda mohla být použita jako miniaturní stetoskop.

Zjišťování a manipulování s miniaturními silami je zásadním problémem v mnoha oborech. Vědci proto vyvinuli řadu metod, jak tuto úlohu řešit. Jedním z nejpřesnějších je atomový silový mikroskop (AFM). Ten používá velmi ostrý hrot připevněný k ohebné konzole. Hrot odtlačuje nebo přitahuje objekt a přitom měří potřebnou sílu. To vyžaduje změřit ohnutí konzoly, což se obvykle dělá odrazem světla od této konzoly. I když samotný hrot může mít velikost jediného atomu, zbytek měřicího systému je mnohem větší a komplikovanější, a proto měření sil v tak malých objektech, jako jsou živé buňky, může být velmi obtížné.

Teď fyzici na univerzitě v San Diegu zvolili k detekování miniaturních sil zcela jiný přístup. Použili k tomu poněkud modifikovaná optická vlákna. Jejich sonda se skládá z tenkých vláken dioxidu cínu, která jsou přibližně stokrát tenčí než lidský vlas. Vlákna jsou pokryta polyethylengly­kolem, což je vysoce stlačitelný polymer. Na polymerové vrstvě jsou umístěny zlaté nanočástice. Když se vláknem šíří bílé světlo, část elektromagnetické energie unikne do strany. Toto „evanescentní“ záření se spojí se zlatými nanočásticemi a pak se rozptýlí do okolí.

Spojení mezi každou nanočásticí a vlnovodem, a tím i intenzita rozptylu, je extrémně citlivé na polohu nanočástice. Kdykoliv částici zasáhne nějaká síla nebo zvuková vlna, částice se pohne. Pak stačí tento pohyb sledovat zaznamenáváním rozptylu optického signálu.

Fyzici kalibrovali svůj „nanovláknový optický silový převodník“ (NOFT) tak, že na něj tlačili hrotem optického silového mikroskopu (AFM) a měřili, jak se rozptylový signál mění v závislosti na přiložené síle. Spočítali, že citlivost jejich čidla je až 160 fN (femtonewtonů), což je nejméně desetkrát méně (desetkrát větší citlivost) než citlivost samotného atomového silového mikroskopu.

Při testování NOFT zkoušeli fyzici měřit síly v roztoku, kde se pohybovaly živé bakterie, a zjistili, že naměřené síly jsou podstatně větší než ve stejném roztoku s mrtvými bakteriemi. Potom sondu umístili přibližně 100 mikrometrů od buněk srdce myši a byli schopni rozlišit tepovou frekvenci 1 – 3 Hz.

Členové týmu teď chtějí zkoumat signály i z jiných typů tkání. Jejich miniaturní stetoskop vzbudil ve vědecké komunitě velký ohlas. Podstatné podle biofyziků bude zjistit, jestli je možné detekovat rozdíly v akustických charakteristikách různých biologických organismů. Nanovláknový optický silový převodník by mohl být užitečný pro měření mechanických signálů buněk produkovaných při nějaké podstatné změně stavu buňky. Extrémně zajímavé by bylo zjistit, jak se signál chová při přechodu zdravá buňka – nemocná buňka.

Podle všeobecného mínění bude nové čidlo, které je samo o sobě velmi dobré a užitečné, ještě potřebovat řádnou kalibraci. Takový test by se mohl provést například pomocí molekul DNA. Křivka šíření síly pro tuto molekulu je totiž notoricky známá a reprodukovatelná, a je velmi dobře použitelná pro testování čidel pro síly v oblasti kolem 200 pikonewtonů. Takže tlačit sondou na molekulu DNA by mohlo přinést velmi přesné výsledky.

Původní práce byla uveřejněna v Nature Photonics.


Mohlo by vás zajímat:

Vědci vyvinuli nový způsob, jak sledovat objekty zahalené v mlze
Slapové síly a kvantová mechanika
Vesmírná radiace na Zemi
Gravitační vlny potřetí

Kompletní archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop