Фиксация массивов точечных микрообъектов на подложке

Full Text

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.

About the authors

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Author for correspondence.
Email: lerauryupina07@gmail.com

студентка, группа 4101-030402D, физический факультет, кафедра оптики и спектроскопии

Russian Federation, Самара

References

Supplementary files