Маленький прямоугольник розового стекла, размером с почтовую марку, но несмотря на свой внешне скромный внешний вид, этот маленький стеклянный слайд может произвести революцию в широкой области, от контроля качества пищевых продуктов до диагностики заболеваний.
Credit: OIST
Слайд выполнен из «наноплазмонного» материала - его поверхность покрыта миллионами наноструктур золота, каждая размером всего порядка миллиардной доли квадратного метра размером. Плазмонные материалы поглощают и рассеивают свет интересными способами, придавая им уникальные чувствительные свойства. Наноплазмонные материалы привлекают внимание биологов, химиков, физиков и ученых-материаловедов, в связи с возможными применениями в самых разнообразных областях, таких как биозапись, хранение данных, генерация света и солнечные элементы.
В нескольких последних работах профессор Шен и коллеги из подразделения Micro / Bio / Nanofluidics Института науки и технологий Окинавы (Micro/Bio/Nanofluidics Unit at the Okinawa Institute of Science and Technology, OIST) описали создание нового биосенсорного материала, который можно использовать для мониторинга процессов в живых клетках.
«Одной из основных целей наноплазмоники является поиск лучших способов мониторинга процессов в живых клетках в реальном времени», - говорит профессор Шен. Захват такой информации может выявить признаки поведения клеток, но создание наноматериалов, на которых клетки могут выжить в течение длительных периодов времени, но не мешает измерению клеточных процессов, - объясняет она.
Подсчет делящихся ячеек
Один из новых биосенсоров команды сделан из наноплазмонического материала, который способен размещать большое количество клеток на одном субстрате и контролировать пролиферацию клеток, фундаментальный процесс, включающий рост и деление клеток в реальном времени. Наблюдение этого процесса в действии может выявить важные сведения о здоровье и функциях клеток и тканей.
Исследователи из подразделения Micro / Bio / Nanofluidics OIST описали датчик в исследовании, недавно опубликованном в журнале Advanced Biosystems.
Наиболее привлекательной особенностью материала является то, что он позволяет клеткам выживать в течение длительных периодов времени. «Обычно, когда вы помещаете живые клетки на наноматериал, этот материал токсичен, и он убивает клетки», - говорит доктор Нихил Бхалла, докторант-исследователь в OIST и первый автор статьи. «Однако, используя наш материал, клетки выжили более семи дней». Наноплазмонический материал также очень чувствителен: он может обнаруживать увеличение клеток размером до 16 в 1000 клеток.
Материал выглядит как обычные кусочки стекла. Однако поверхность покрыта крошечными наноплазмонными грибными структурами, известными как нанометры, со стеблями двуокиси кремния и золотыми колпачками. Вместе они образуют биосенсор, способный обнаруживать взаимодействия на молекулярном уровне.
Биосенсор работает, используя нанометрические колпачки в качестве оптических антенн. Когда белый свет проходит через наноплазменный слайд, нанометры поглощают и рассеивают часть света, изменяя его свойства. Поглощение и рассеяние света определяются размером, формой и материалом наноматериала и, что более важно, на него также воздействует любая среда, находящаяся в непосредственной близости от нанометров, таких как ячейки, которые были помещены на слайд. Измеряя, как свет изменился после того, как он появился через другую сторону слайда, исследователи могут обнаруживать и контролировать процессы, происходящие на поверхности датчика, такие как деление клеток.
«Обычно вам нужно добавлять метки, такие как красители или молекулы, в ячейки, чтобы иметь возможность подсчитывать деление клеток», - говорит доктор Бхалла. «Однако, с помощью нашего метода, нанодатчики могут ощущать их непосредственно».
Источник: Nikhil Bhalla, Shivani Sathish, Abhishek Sinha, Amy Q. Shen. Large-Scale Nanophotonic Structures for Long-Term Monitoring of Cell Proliferation. Advanced Biosystems, 2018; 1700258 DOI: 10.1002/adbi.201700258