Фиксация массивов точечных микрообъектов на подложке
- Авторы: Урюпина В.К.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- Выпуск: Том 1 (2024)
- Страницы: 216-217
- Раздел: ЧАСТЬ I. Физика
- URL: https://vietnamjournal.ru/osnk-sr2024/article/view/632534
- ID: 632534
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Техника оптотермического манипулирования активно развивается в последнее десятилетие. В оптотермических ловушках световое поле используется не только для формирования оптической силы, но и для создания в среде градиента температуры и, соответственно, конвекционных потоков. Микро- и нанообъекты в таких ловушках захватываются и переносятся потоками жидкости, что и определяет преимущества оптотермических пинцетов: возможность использовать малые мощности от долей до десятков мВт, переносить объекты с больших расстояний, манипулировать объектами разных размеров (от нм до сотен мкм), геометрии, морфологии, поглощающими и прозрачными, что особенно важно для работы с биообъектами с учетом их многообразия.
Такие ловушки могут быть использованы для изучения механических свойств этих объектов, а также их взаимодействия с другими объектами и окружающей средой [1]. Особый интерес оптотермические ловушки представляют в медико-биологических исследованиях, связанных с фиксацией микрообъектов на подложках (фиксация клеточных структур на матриксе в установленном порядке, фиксация одиночных клеточных элементов — органелл, ДНК, белков и т. д.).
Цель — разработка нового метода фиксации микрообъектов на подложке для биомедицинских применений. Основное направление работы включает решение задачи по фиксации различных биологических микрообъектов на поверхности в определенном геометрическом порядке, поставленной сотрудниками медицинского института «Реавиз», методом оптотермического манипулирования.
Методы. Эксперименты по оптотермическому захвату, перемещению и фиксации микрообъектов проводились на установке оптотермической ловушки, описанной подробно в работе [2]. Световые поля в форме заданных кривых большей частью рассчитывались с использованием методов оптики спиральных пучков света и экспериментально формировались при помощи ЖК ПМС HOLOEYE PLUTO-2-NIR-011. В качестве исследуемых объектов использовались латексные микросферы, с которыми уже был проведен ряд экспериментов [3], а также биологические объекты. В процессе работы исследовался новый предложенный метод фиксации биологических микрообъектов на подложке с применением альбумина. Экспериментальным путем было определено, что 2,5 % является оптимальной концентрацией для осуществления фиксации микрообъектов за счет коагуляции альбумина.
Процедура фиксации биологических микрообъектов на примере клеток дрожжей представлена на рис. 1. Основные этапы описаны подробно в работе [4].
На рис. 2 представлены результаты эксперимента по фиксации латексных микросфер с привитыми клетками почек (kidney) и щитовидной железы (thyroid).
Рис. 1. Пример фиксации клеток дрожжей в форме круга на подложке
Рис. 2. Пример фиксации латексных микросфер с клетками kidney (а, б) и thyroid (в, г) в заданных конфигурациях
Результаты. Проведена большая серия экспериментов по оптотермическому манипулированию микроскопическими объектами, включая биологические. В ходе выполнения работы были достигнуты следующие результаты:
- в схеме оптотермической ловушки исследованы процессы захвата, удержания и фиксации различных микрообъектов на подложке;
- разработана методика фиксации различных микрообъектов на подложке;
- экспериментальным путем получены значения мощностей лазерного излучения, при которых осуществима неинвазивная работа с биологическими микрообъектами.
Выводы. В ходе работы было доказано, что оптотермические пинцеты могут быть применены в решении различных задач, связанных с фиксацией микрообъектов на поверхности. Возможности оптических и оптотермических ловушек были успешно использованы для решения актуальных биомедицинских задач.
Полный текст
Обоснование. Техника оптотермического манипулирования активно развивается в последнее десятилетие. В оптотермических ловушках световое поле используется не только для формирования оптической силы, но и для создания в среде градиента температуры и, соответственно, конвекционных потоков. Микро- и нанообъекты в таких ловушках захватываются и переносятся потоками жидкости, что и определяет преимущества оптотермических пинцетов: возможность использовать малые мощности от долей до десятков мВт, переносить объекты с больших расстояний, манипулировать объектами разных размеров (от нм до сотен мкм), геометрии, морфологии, поглощающими и прозрачными, что особенно важно для работы с биообъектами с учетом их многообразия.
Такие ловушки могут быть использованы для изучения механических свойств этих объектов, а также их взаимодействия с другими объектами и окружающей средой [1]. Особый интерес оптотермические ловушки представляют в медико-биологических исследованиях, связанных с фиксацией микрообъектов на подложках (фиксация клеточных структур на матриксе в установленном порядке, фиксация одиночных клеточных элементов — органелл, ДНК, белков и т. д.).
Цель — разработка нового метода фиксации микрообъектов на подложке для биомедицинских применений. Основное направление работы включает решение задачи по фиксации различных биологических микрообъектов на поверхности в определенном геометрическом порядке, поставленной сотрудниками медицинского института «Реавиз», методом оптотермического манипулирования.
Методы. Эксперименты по оптотермическому захвату, перемещению и фиксации микрообъектов проводились на установке оптотермической ловушки, описанной подробно в работе [2]. Световые поля в форме заданных кривых большей частью рассчитывались с использованием методов оптики спиральных пучков света и экспериментально формировались при помощи ЖК ПМС HOLOEYE PLUTO-2-NIR-011. В качестве исследуемых объектов использовались латексные микросферы, с которыми уже был проведен ряд экспериментов [3], а также биологические объекты. В процессе работы исследовался новый предложенный метод фиксации биологических микрообъектов на подложке с применением альбумина. Экспериментальным путем было определено, что 2,5 % является оптимальной концентрацией для осуществления фиксации микрообъектов за счет коагуляции альбумина.
Процедура фиксации биологических микрообъектов на примере клеток дрожжей представлена на рис. 1. Основные этапы описаны подробно в работе [4].
На рис. 2 представлены результаты эксперимента по фиксации латексных микросфер с привитыми клетками почек (kidney) и щитовидной железы (thyroid).
Рис. 1. Пример фиксации клеток дрожжей в форме круга на подложке
Рис. 2. Пример фиксации латексных микросфер с клетками kidney (а, б) и thyroid (в, г) в заданных конфигурациях
Результаты. Проведена большая серия экспериментов по оптотермическому манипулированию микроскопическими объектами, включая биологические. В ходе выполнения работы были достигнуты следующие результаты:
- в схеме оптотермической ловушки исследованы процессы захвата, удержания и фиксации различных микрообъектов на подложке;
- разработана методика фиксации различных микрообъектов на подложке;
- экспериментальным путем получены значения мощностей лазерного излучения, при которых осуществима неинвазивная работа с биологическими микрообъектами.
Выводы. В ходе работы было доказано, что оптотермические пинцеты могут быть применены в решении различных задач, связанных с фиксацией микрообъектов на поверхности. Возможности оптических и оптотермических ловушек были успешно использованы для решения актуальных биомедицинских задач.
Об авторах
Валерия Константиновна Урюпина
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Автор, ответственный за переписку.
Email: lerauryupina07@gmail.com
студентка, группа 4101-030402D, физический факультет, кафедра оптики и спектроскопии
Россия, СамараСписок литературы
- Li J., Lin L., Inoue Y., Zheng Y. Opto-thermophoretic tweezers and assembly // J Micro-and Nano-Manuf. 2018. Vol. 6, N 4. ID 040801. doi: 10.1115/1.4041615
- Kotova S.P., Losevsky N.N., Mayorova A.M., et al. Structured optothermal traps // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2022. Vol. 86. P. 1434–1437. doi: 10.3103/S1062873822120188
- Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., и др. Кольцевая оптотермическая ловушка // Квантовая электроника. 2022. Т. 52, № 9. С. 856–861. EDN: LMZUDG
- Урюпина В.К., Котова С.П., Лосевский Н.Н., и др. Формирование сложных конфигураций биологических объектов с фиксацией на подложке в схеме оптотермической ловушки. В кн.: Сборник научных трудов XIII международной конференции по фотонике и информационной оптике. Москва: НИЯУ МИФИ, 2024. С. 141–142.
Дополнительные файлы
