captcha image

A password will be e-mailed to you.

Pamiętacie film “Kochanie, zmniejszyłem dzieciaki”? A może wiecie jak działa kostium Ant-Mana? W jednym i drugim przypadku dzięki technologii możliwe staje się pomniejszanie ludzi i przedmiotów. To oczywiście wciąż fantastyka, ale naukowcy z MIT opracowali technikę, która pozwala na 10-krotne zmniejszanie obiektów przestrzennych do poziomu nanoskali. Wszystko to przy wykorzystaniu podstawowego sprzętu laboratoryjnego i… żelu z pieluch jednorazowych.

Naukowcy z MIT pod kierunkiem Edvarda Boydena wynaleźli sposób tworzenia  dowolnych kształtów 3D czy struktur w nanoskali.  Nowa technika budowania przestrzennych obiektów wykorzystuje zbudowane przy użyciu lasera polimerowe rusztowanie, które po przymocowaniu do niego potrzebnych materiałów (DNA, kropki kwantowe, metale) obkurcza się i tworzy finalny obiekt o 10-krotnie mniejszych wymiarach, i co zrozumiałe 1000-krotnie mniejszej objętości. 

Badacze zapewniają, że ich metoda miniaturyzacji wymaga tylko sprzętu, który znajduje się w każdym dobrze wyposażonym laboratorium badawczym, czyli lasera, mikroskopu elektronowego i pęczniejącego poliakrylanu – żelu absorbcyjnego używanego m.in. w pieluchach. 

Nowa technologia może być wykorzystana do zbudowania nanorobotów, które np. będą poszukiwać w organizmie komórek nowotworowych i niszczyć zniszczyć za pomocą transportowanych leków. Inne możliwość to użycie tej techniki do skonstruowania bardziej doskonałych obiektywów do smartfonów lub mikroskopów.  

Jak to możliwe, czyli o tworzeniu poprzez implozję

Zespoł Boydena swoją technikę nazwał budowaniem poprzez implozję. U jej podstawy leży wysokiej rozdzielczości mikroskopia ekspansyjna (ExM), którą naukowcy opracowali w 2015 roku i wykorzystali do obrazowania tkanki mózgowej.

ExM jest odwrotnością zaprezentowanej teraz „implozji”. Polega ona na osadzaniu tkanek w żelu absorpcyjnym (tym znanym z pieluch), oznaczeniu barwnikiem fluorescencyjnym za pomocą przeciwciał komórek lub białek, które mają zostać zbadane i rozszerzaniu całej konstrukcji poprzez absorpcję wody. 

Dzięki tej metodzie, przy wykorzystaniu standardowego sprzętu laboratoryjnego naukowcy byli w stanie zobrazować tkankę mózgu, tak że możliwe było odróżnienie jej struktur znajdujących się w odległości 70 nm od siebie. To 3,5 razy lepszy rezultat niż w przypadku wykorzystania optycznych mikroskopów super rozdzielczości (np. NORM – Near-field optical random mapping), których limit wynosi 250 nm. 

Naukowcy odkryli, że mogą odwrócić proces, z którego obecnie korzysta wielu badaczy na całym świecie (pojawiły się już jej udoskonalenia) i tworzyć przestrzenne obiekty w napęczniałym hydrożelu. Wystarczy go potem obkurczyć w procesie, który nazwali „produkcją poprzez implozję”, by uzyskać konstrukcję w nanoskali. 

Podobnie jak w mikroskopii rozszerzeniowej, tak i tutaj bazą jest bardzo chłonny poliakrylan, służący do budowy rusztowania. Żel poddawany jest kąpieli w roztworze zawierającym wysoce fluoroscencyjne cząsteczki fluoresceiny, które służą do zbudowania nanokonstrukcji.  

Kształtu zbudowany za pomocą lasera w żelu absorbcyjnym. (fot. MIT / Daniel Oran)

 W tym celu wykorzystywana jest mikroskopia dwufotonowa, która pozwala na precyzyjne osadzenie w trójmiarowej strukturze żelu cząsteczek fluoresceiny. 

To dopiero pierwszy etap malowania światłem, który twórcy porównują do rejestrowania obrazu na światłoczułej kliszy negatywowej, która w tym wypadku zamiast emulsji światłoczułej używa żelu z pieluszek dla dzieci wykąpanego w roztworze fluoresceiny.

Budowanie samej konstrukcji ma miejsce dopiero w kolejnym etapie, który można porównać do wywoływania obrazu utajonego. Cząsteczki fluoresceiny działają jak kotwice, które mogą łączyć się z innymi rodzajami cząsteczek dodawanymi przez naukowców, takimi jak kropki kwantowe, fragmenty DNA czy nanocząstki złota.

Ostatnie stadium to dodanie kwasu i 10-krotne skurczenie całej konstrukcji. Technika jest na tyle precyzyjna, że pozwala budować obiekty puste w środku czy np. łańcuchy.  Struktury nanokonstrukcji mogą wykorzystywać różne materiały, a nawet mieć gradientową budowę. 

Skomplikowany kształt po zmniejszeniu “rusztowania”. (fot. MIT / Daniel Oran)

Konstruowanie poprzez implozję pozwala obecnie tworzyć przestrzenne obiekty o wielkości około 1 mm3 i rozdzielczości 50 nm. Niestety przy większej kubaturze, np. 1 cm3 rozdzielczość maleje do 500 nm.  

Nowa metoda to nie tylko sposób na tworzenie w nanoskali, ale – co równie istotne – możliwość budowania konstrukcji w znacznie większym, wygodniejszym, procesie technologicznym. „Montaż” materiałów odbywa się na rusztowaniach o stosunkowo małej gęstości. Ułatwia to dostęp do całej struktury konstrukcji i jej modyfikacje, bo wszystko jest 10-krotnie większe niż finalny obiekt. 

Puśćcie wodze fantazji i pomyślcie jak to by było prosto trafiać w ucho 10 razy większej igły, która po chwili się skurczy do właściwych rozmiarów. 

Podoba się? Oceń!

2
Dodaj komentarz

avatar
 
2 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
2 Comment authors
TotentamtenKrzysztof Recent comment authors

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
najnowszy najstarszy oceniany
Powiadom o
Krzysztof
Gość
Krzysztof

Misie Haribo – wysuszone.
Jako dzieciaki opracowaliśmy tą technologię już w latach dziewięćdziesiątych.

Totentamten
Gość
Totentamten

Merytorycznie super, ale ja w kwestii formalnej.
Korekta by się przydała. Albo chociaż krytycznie przeczytanie przed publikacją. Trochę nie wypada tak o nauce z błędami. Pal sześć ortograficzne, ale gramatyczno-logiczne to już przesada.

Nie ma więcej wpisów