Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un dispositivo en miniatura que es lo suficientemente sensible como para sentir las fuerzas generadas por las bacterias que nadan y escuchar el latido de las células del músculo cardíaco.
El dispositivo es una fibra óptica de tamaño nanométrico que es aproximadamente 100 veces más delgada que un cabello humano. Puede detectar fuerzas de hasta 160 femtonewtons, aproximadamente diez billones de veces más pequeño que un newton, cuando se coloca en una solución que contiene Helicobacter pylori vivobacterias, que son bacterias que nadan que se encuentran en el intestino. En los cultivos de latidos de las células del músculo cardíaco de los ratones, la nano fibra puede detectar sonidos de hasta -30 decibelios, un nivel que está mil veces por debajo del límite del oído humano.
"Este trabajo podría abrir nuevas puertas para rastrear pequeñas interacciones y cambios que no se pudieron rastrear antes", dijo el profesor de nanoingeniería Donald Sirbuly de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California en San Diego Jacobs, quien dirigió el estudio.
Él imagina que algunas aplicaciones incluyen detectar la presencia y actividad de una sola bacteria; monitorear la formación y ruptura de enlaces; detectar cambios en el comportamiento mecánico de una célula que podrían indicar que se vuelve cancerosa o atacada por un virus; o un mini estetoscopio parasupervisar la acústica celular in vivo.
El trabajo se publica en Fotónica de la naturaleza el 15 de mayo
La fibra óptica desarrollada por Sirbuly y sus colegas es al menos 10 veces más sensible que el microscopio de fuerza atómica AFM, un instrumento que puede medir fuerzas infinitamente pequeñas generadas por las moléculas que interactúan. Y aunque los AFM son dispositivos voluminosos, esta fibra óptica essolo varios cientos de nanómetros de diámetro. "Es un mini AFM con la sensibilidad de una pinza óptica", dijo Sirbuly.
El dispositivo está hecho de una fibra extremadamente delgada de dióxido de estaño, recubierta con una capa delgada de un polímero, llamado polietilenglicol, y tachonada con nanopartículas de oro. Para usar el dispositivo, los investigadores sumergen la fibra óptica nano en una solución de células, envíe un haz de luz por la fibra y analice las señales de luz que envía. Estas señales, en función de su intensidad, indican cuánta fuerza o sonido está captando la fibra de las células circundantes.
"No solo podemos captar estas pequeñas fuerzas y sonidos, podemos cuantificarlos usando este dispositivo. Esta es una nueva herramienta para el sondeo nanomecánico de alta resolución", dijo Sirbuly.
Así es como funciona el dispositivo: a medida que la luz viaja por la fibra óptica, interactúa fuertemente con las nanopartículas de oro, que luego dispersan la luz como señales que se pueden ver con un microscopio convencional. Estas señales de luz se muestran a una intensidad particular.Pero esa intensidad cambia cuando la fibra se coloca en una solución que contiene células vivas. Las fuerzas y las ondas de sonido de las células golpean las nanopartículas de oro, empujándolas hacia la capa de polímero que las separa de la superficie de la fibra. Empujar las nanopartículas más cerca de la fibra permitepara que interactúen más fuertemente con la luz que desciende por la fibra, aumentando así la intensidad de las señales de luz. Los investigadores calibraron el dispositivo para que pudieran igualar las intensidades de la señal a diferentes niveles de fuerza o sonido.
La clave para hacer que esto funcione es la capa de polímero de la fibra. Actúa como un colchón de muelles que es lo suficientemente sensible como para ser comprimido a diferentes espesores por las débiles fuerzas y ondas de sonido producidas por las células. Y Sirbuly dice que la capa de polímero se puede ajustar- Si los investigadores quieren medir fuerzas más grandes, pueden usar un recubrimiento de polímero más rígido; para una mayor sensibilidad, pueden usar un polímero más suave como un hidrogel.
En el futuro, los investigadores planean usar las nano fibras para medir la bioactividad y el comportamiento mecánico de las células individuales. Los trabajos futuros también incluyen mejorar las capacidades de "escucha" de las fibras para crear estetoscopios biológicos ultrasensibles y ajustar su respuesta acústicapara desarrollar nuevas técnicas de imagen.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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