Fizycy stworzyli biologiczny laser

Artykuły
Brak komentarzy
Drukuj

Do tej pory, źródło światła w większości laserów stanowi nieorganiczny materiał, taki jak syntetyczny barwnik, czy półprzewodnik. Całkiem niedawno zespół fizyków z USA zademonstrował akcję laserową indukowaną w pojedynczej żywej komórce biologicznej. Intensywne pobudzanie cząsteczek białka niebieskim światłem spowodowało generację intensywnej, monochromatycznej i kierunkowej wiązki zielonego światła. Zjawisko to, według naukowców, może zostać potencjalnie zastosowane w procesach rozróżniania komórek rakowych od zdrowych komórek.

Materiałem zastosowanym w eksperymencie było zielone białko fluorescencyjne (GFP) występujące np. w ciele meduzy Aequorea victoria. Białko to od 1960 roku stosowane jest m.in. w obrazowaniu żywych komórek. Naturalna fluorescencja GFP jest niespójna, podobnie jak światło emitowane przez zwykłą żarówkę. Jednak, naukowcy z Massachusetts General Hospital i Harvard Medical School w Bostonie, uznali za możliwe wzmocnienie oraz zogniskowanie światła emitowanego przez GFP i tym samym zbudowanie biologicznego lasera.

pojedyncza komórka biologiczna umieszczona wewnątrz optycznego rezonatora - biologiczny laser
Obraz mikroskopowy pojedynczej komórki biologicznej (białe i czarne obszary) „zaprogramowanej” genetycznie do wytwarzania białka GFP. Umieszczenie komórki wewnątrz optycznego rezonatora pozwala generować zielone światło. Ze względu na nieregularną strukturę wewnętrzną komórki, plamka emitowanego światła może przyjmować różne kształty.

Pomiędzy dwoma zwierciadłami

Naukowcy umieścili ludzkie komórki nerek na płytce Petriego i następnie dodali DNA celem zakodowania GFP do tychże komórek. Następnie, na zwierciadle o średnicy około 3 cm umieścili kroplę roztworu zawierającego tak „przeprogramowane” komórki. Nad roztworem, umieszczono kolejne zwierciadło, o takich samych rozmiarach co pierwsze, pozostawiając około 200 mikrometrową szczelinę pomiędzy zwierciadłami. Próbkę pobudzano nanosekundowymi impulsami niebieskiego lasera. Aby światło padające na preparat było odpowiednio zogniskowane, manipulowano położeniem obydwu zwierciadeł. Następnie, poprzez zwiększanie mocy pobudzania lasera, śledzono zmiany fluorescencji badanego układu. Powyżej pewnego progu – gdy energia impulsów wynosiła około 1 nJ – intensywność zielonego światła emitowanego przez układ gwałtownie wzrastała, zaś szerokość widma ulegała zmniejszeniu (widmo składało się z kilku dobrze zdefiniowanych pików). Taka sytuacja, zdaniem naukowców, jest wyraźną sygnaturą akcji laserowej, ponieważ powyżej tego energetycznego progu istnieje wystarczająco dużo cząsteczek białka w stanie wzbudzonym, aby wygenerować raczej stymulowaną, aniżeli spontaniczną emisję światła. Zielone światło ulegało wzmocnieniu, ponieważ „przeskakiwało” tam i z powrotem pomiędzy zwierciadłami, podobnie jak ma to miejsce w konwencjonalnym laserze.

Zdaniem jednego z badaczy, przeprowadzony eksperyment jest pierwszym, w którym laser został wykonany z żyjącego materiału (tkanka przeżyła setki impulsów laserowych). Wcześniej udało się zaobserwować spójną emisję światła z kompozytów składających się z nieorganicznych materiałów oraz martwych komórek.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com

Dodaj komentarz