Ученые нанесли узоры на живые клетки: помог замороженный спирт

Ученые из Университета Миссури совершили прорыв в области нанотехнологий и биомедицинской инженерии, разработав уникальный способ нанесения сверхточных узоров на живые клетки без повреждения их структуры.
Автор новостей
Можно ли нанести узор на поверхность живой клетки, не разрушив ее? Современные технологии поозволили воплотить эту смелую идею в реальность
Можно ли нанести узор на поверхность живой клетки, не разрушив ее? Современные технологии поозволили воплотить эту смелую идею в реальностьИсточник: Unsplash

Воплотить смелую инновацию в жизнь стало возможно благодаря нестандартному сочетанию замороженного этанола, электронных лучей и микроскопических организмов, окрашенных в фиолетовый цвет. Новая технология ледяной литографии позволяет работать с крайне хрупкими биологическими материалами, которые до сих пор считались слишком чувствительными для прямой обработки.

В традиционной литографии, которая широко используется для производства микросхем, применяются жидкие реагенты, которые делают ее несовместимой с живыми клетками и другими органическими структурами. Однако в лаборатории Университета Миссури нашли изящный выход из этой ситуации: вместо воды и агрессивных жидкостей ученые использовали тонкий слой замороженного этанола. Этот лед служит защитной оболочкой, позволяя создавать наноразмерные узоры на поверхности биологических объектов, не разрушая их. Как поясняет профессор физики Гэвин Кинг, при использовании ледяного слоя мембрана в процессе нанесения рисунка остается стабильной и почти неизменной даже после завершения процедуры.

Ключевым элементом испытаний стала Halobacterium salinarum — бактерия, известный с 1970-х годов. Она обладает уникальной способностью преобразовывать солнечный свет в энергию с помощью особого пурпурного белка. Благодаря этим свойствам бактерия рассматривается как перспективный компонент для создания биологических солнечных панелей. Именно на ее фиолетовой мембране команда ученых проверила работоспособность новой методики.

Устройство для нанесения узоров на поверхность клетки методом ледяной литографии
Устройство для нанесения узоров на поверхность клетки методом ледяной литографииИсточник: University of Missouri-Columbia

Процесс выглядит следующим образом: образец помещают на охлажденную поверхность в камере сканирующего электронного микроскопа. Температура опускается ниже −150°C, после чего в пространство подают пары этанола. Они мгновенно замерзают, образуя ровный слой льда на поверхности клетки. Затем сфокусированный электронный луч «рисует» на этой поверхности микроскопические узоры. После завершения процесса поверхность аккуратно подогревают. Неразрушенные участки льда испаряются, а те, по которым прошел луч, превращаются в прочный материал, оставаясь на месте в форме желаемого рисунка.

По словам ведущего автора работы, аспиранта Дилана Чиаро, полученные узоры имеют ширину менее 100 нанометров — более чем в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Это достижение открывает путь к манипуляциям с самыми тонкими биологическими структурами, включая молекулы и белки. Интересно, что итоговая толщина пурпурной мембраны уменьшилась всего на одну миллиардную долю метра, что свидетельствует о практически полном сохранении ее исходной структуры.

Схематическое описание метода ледяной литографии
Схематическое описание метода ледяной литографииИсточник: University of Missouri-Columbia

Немаловажную роль в проекте сыграла и команда профессора Сучи Гухи, которая провела исследование структуры полученного материала с помощью рамановской спектроскопии. Полученные данные показали, что итоговый узор по своим свойствам напоминает углеродное волокно. Кроме того, в ходе анализа химических процессов профессор Бернадетт Бродерик обнаружила образование нестабильного соединения — кетена — в момент воздействия электронного луча. Эта находка помогает объяснить, каким образом замороженный этанол преобразуется в твердое вещество — а это уже ключ к пониманию химии и физики метода.

Таким образом, открытие ученых из Миссури может стать фундаментом для новых технологий в нанотехнологиях, биоэлектронике и астрохимии. Возможность взаимодействовать с живыми структурами на столь тонком уровне без их разрушения позволит создавать микроскопические биосенсоры, искусственные ткани и даже биологические источники энергии. Исследователи подчеркивают, что именно междисциплинарное сотрудничество — от физики до астрохимии — стало ключом к успешной реализации столь хрупкого, но мощного научного замысла.

Ранее ученые совершили настоящую революцию в области трения, открыв способ создания сверхгладких материалов.