Лазерная катапульта
Российским ученым представили лазерную микросистему, позволяющую решать сложные научные проблемы простым и красивым способом.
Корпорация Карл Цейсс впервые в России (в Доме ученых новосибирского Академгородка и Институте общей генетики РАН в Москве) представила замечательную по красоте идеи и исполнению лазерную систему и технологию для бесконтактной микродиссекции (от лат. dissectio - рассечение) – совокупности манипуляций с мелкими биологическими объектами (клетками, хромосомами, клеточными ядрами). Микродиссекция широко применяется как в медицине при различных исследованиях, так и в биологии. Одна из важнейших и сложнейших задач при проведении микроопераций с биообъектами – выделение интересующего элемента (например, живой клетки, хромосомы, макромолекулы определенного вида) из имеющегося биологического материала без его загрязнения и повреждения. Лазерная микросистема позволяет успешно решать эту задачу.
Сфокусированный УФ-лазерный луч (длина волны не более 350 нм) длительностью всего в 3 наносекунды не только вырезает нужный микрообъект, не повреждая его, но и катапультирует в улавливающий микроконтейнер, отделяя таким образом от остального материала. Мощность лазерного пучка и фокусировка автоматически регулируются с большой точностью. Этим же лазерным лучом можно предварительно разрушить в исследуемом образце те элементы, которые могут мешать выделению (иссечению и катапультированию) нужного объекта.
Принцип лазерного иссечения с помощью УФ-лазера, заложенный в микросистеме PALM Microbeam (компания PALM Microlaser Technology недавно объединилась с корпорацией Карл Цейсс), основан на явлении так называемого «абляционного фоторазложения» - фотохимического процесса уноса массы с поверхности твердого тела без теплообмена с окружающей средой. Узкий лазерный пучок фокусируется чуть ниже биологического объекта, на подложке, на которой он расположен. В фокусе пучка достигается экстремально высокая плотность фотонов (плотность энергии более 1012 Вт/см2), которая достаточна для разрыва молекулярных связей биомолекул на ионы, электроны и другие частицы, т.е. для образования плазмы. Формирование и разрушение микроплазмы вблизи фокальной точки лазера происходит в течение наносекунд, то есть настолько быстро, что не происходит теплопереноса за границы сфокусированного лазерного пятна. Этот же процесс является движущей силой катапультирования.
Все происходящее визуализируется с помощью видеокамеры и записывается на управляющий компьютер, где хранится подробная информация обо всех манипуляциях и экспериментах. Компьютер регулирует скорость вырезания объекта, интенсивность лазерного луча, позиционирует луч в интересующем месте и т.д.
Использование дополнительного ИК-лазерного луча позволяет при необходимости точно удерживать биологические объекты в растворе в определенном положении, сближать их (например, клетки) для последующих манипуляций.
Профессор Ульрих Зауэр, представивший доклад о лазерной микросистеме PALM Microbeam, подробно рассказал о разных ее приложениях. Система может использоваться для огромного числа манипуляций с биологическими и медицинскими объектами: выделения и анализа ДНК, РНК, хромосом и изучения экспрессии генов, клонирования, культивирования клеток, исследования раковых тканей, искусственного оплодотворения и т.д. Все эти манипуляции и исследования используются в биологии, медицине, биохимии, и даже – криминалистике.
