סיקור מקיף

אחיזה מבוקרת של מיקרו-עצמים ביולוגיים בעזרת לייזר

מדענים הצליחו לפתח מלקטת אופטית נשלטת-משוב המורכבת מאור לייזר ממוקד ביותר. מלקטת זו יכולה לאחוז בצברי תאים באופן מבוקר ולסובב אותם לכל כיוון. הגישה הזו תאפשר לבחון באופן מדויק יותר עצמים ביולוגיים זעירים, כגון גידולים סרטניים

סכימת הרעיון של אחיזה וסיבוב עצם ביולוגי זעיר בעזרת מלקטת אופטית
סכימת הרעיון של אחיזה וסיבוב עצם ביולוגי זעיר בעזרת מלקטת אופטית

[תרגום מאת ד"ר משה נחמני]

החוקרים מסבירים כי בעזרת הגישה החדשה שלהם ניתן לבדוק את האיכות והטריות של פירות וירקות, ואפילו לייצר רובוטים תעשייתיים שיוכלו להשתמש בהתקן החדשני. אולם, כיצד בכלל אפשר לאחוז ולסובב עצמים בעלי רוחב כשיערת אדם? פרופסורAlexander Rohrbach מאוניברסיטת פרייבורג בגרמניה וצוות המחקר שלו פרסמו זה מכבר את מאמרם באשר למחקר זה בכתב העת המדעי Nature Communications.

מחקרם זה מדגים כיצד מלקטות אופטיות אחדות, המורכבות מאור לייזר ממוקד במיוחד, תוכלנה בעתיד לאחוז בצברי תאים באופן מבוקר ולסובב אותם לכל כיוון מבוקש. שיטה זו תאפשר לבדוק באופן מדויק יותר עצמים ביולוגיים זעירים כגון גידולים סרטניים זעירים. במעבדה, היתרון העיקרי של מלקטת אופטית כזו טמון בכך, שבניגוד למלקטת מכאנית, היא מסוגלת לאחוז אפילו בעצמים בלתי נראים (בעין מזוינת).

מלקטות אופטיות מבוססות הולוגרמות ממוחשבות המסוגלות למקד אור לייזר, פיקסל אחר פיקסל, בתצורות אקראיות, משמשות מזה שנים לשם בקרת המיקומים של אצבעות אחיזה אופטיות במרחב התלת-ממדי. שיטה זו קיימת במעבדות מחקר מזה כשני עשורים, אולם היא לא יכולה להפעיל כוחות על עצמים גדולים יותר, כאלו שהם בעלי קוטר הגדול מעשירית המילימטר. המלקטות הללו נתקלו בבעיות לאור העובדה כי העצמים גדולים מדי ולא ניתן לאחוז בהם די בחוזקה ולסובבם בתמיסה נוזלית, בגלל שהמלקטת חלשה מדי או שלא ניתן למצוא זווית אחיזה טובה.

המלקטת החדשה, שלה ניתן הכינוי 'מלקטת לא עיוורת', רואה את נקודת האחיזה על ידי מדידת וניתוח האור המתפזר על גבי העצם", מסביר החוקר הראשי. "אנו רואים עצמים שונים באמצעות העיניים שלנו מאחר ואור השמש או האור המגיע ממנורות בחדר מתפזר על פני השטח החיצוני שלהן ומיוצר מחדש ברשתית". המלקטות הללו אומנם יכולות לאחוז בעצמים בלתי נראים, אולם העצמים הביולוגיים שאותם חוקרים המדענים תחת מיקרוסקופ, כדוגמת צברי תאים (גידולים זעירים) או עוברים של זבובונים קטנים, אינם שקופים לחלוטין, אלא שהם מתנהגים כמו זכוכית כפור בחלון חדר המקלחת, כאשר במקרה זה האור מתפזר לאחר הכניסה שלו ולכן קשה לנתח אותו. הרעיון החדש של החוקרים היה לנתח את האור הבלתי ממוקד שהתפזר מהעצם באמצעות מצלמה מהירה הנמצאת מאחורי העצם, מצלמה המשמשת בתור אות למשוב. ככל שנקודות האור של מלקטות האור הפרטניות יותר אסימטריות, כך מתפזר יותר אור ממוקד, מה שמוביל לקבלת פער גדול יותר במקדם השבירה בנקודת המגע עם העצם. אלו הנקודות שאותן המלקטות האופטיות יכולות לאחוז בעצם באופן יעיל. במונחי פיזיקה, שינוי מקומי בקיטוב של החומר מוביל לכוח אופטי דו-קוטבי גדול יותר.  

לדברי החוקר הראשי, הדבר המדהים באשר לעיקרון של לוקליזצית מיקום האחיזה הטוב ביותר הוא בכך שפיזור האור – כלומר, השינוי בתנע – חזק יותר ישירות בכיוון מיקוד הלייזר מאשר בחזית או באחורי נקודת המיקוד. כל אחת מחמש עד עשר המלקטות האופטיות אמורות לחוש את מיקום האחיזה הטוב ביותר על בסיס האור המפוזר, זאת במטרה לסובב את העצם בכיוונים שונים. אם אחת מהמלקטות מפעילה כוח חזק מדי, אזי המלקטות האחרות, כפיצוי, יכולות לשחרר את האחיזה שלהן. "זו תהייה בעיית אופטימיזציה מורכבת במיוחד שאנו נתהה לגביה בשנים הקרובות", אמר החוקר הראשי. החזון שלו הוא שבמקרה של הצלחה, הרעיון של אחיזת דגימה ללא מגע אמורה להיות משולבת בתוך מכשירי המיקרוסקופים העתידיים.  המאמר המלא אודות המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן