자연 과학 보고서, 슬롯 사이트 (WPI)의 연구팀은 빛의 빔을 사용하여 개별 세포를 포함하여 작은 물체를 잡고 조작하는 장치가 어떻게 소형화 될 수 있고, 개별 혈류에 삽입 될 정도로 작은 휴대용 장치를 생성하기 위해 문을 열어를 보여 주었다.암세포 및 초기 단계에서 암 진단.
광학 핀셋으로 알려진이 기술은 레이저 라이트의 광학 빔을 사용하여 물리적 접촉없이 제자리에있는 작은 물체를 유지하거나 트랩 할 수있는 매력적인 힘 필드를 만듭니다. 전통적인 광학 핀셋은 크고 비싼 렌즈로 빛을 집중시켜 피망 슬롯가 환경 변동에 부피가 크고 민감합니다. 이러한 제한으로 인해 광학 핀셋은 실험실 밖에서 사용하기가 불가능합니다.
대학원생 Yao Shen, Left 및 Chaoyang Ti는 광섬유 트위터를 사용하여 컴퓨터 화면에서 보이는 셀 중 하나를 왼쪽으로 포획합니다.
in과학 보고서종이 (“광섬유 피망 슬롯 트래핑 시스템에서 나노 미터 해상도를 사용한 대물 렌즈가없는 섬유 기반 위치 감지,”) 이주한 팀Yuxiang“Shawn”Liu, 기계 공학 조교수는 렌즈를 작은 광학 섬유로 교체하고 피망 슬롯를 소형화 할 수있는 방법을 설명합니다.
“현재 암을 테스트하려면 혈액 샘플에 눈에 보이는 종양이나 충분한 양의 암성 세포가있을 때까지 기다려야합니다.”라고 그는 말했습니다. "그때까지 암은 진행될 수 있습니다. 그러나 암은 단일 세포로 시작합니다. 의사 가이 기술을 사용하여 수백만 개의 혈액 세포에서 그 세포를 분리 할 수 있다면, 우리는 암을 더 빨리 감지하고 몇 달 또는 몇 년으로 진단을 전진시킬 수 있습니다.".
1980 년대에 처음으로 시연 된 피망 슬롯 핀셋은 생물학, 화학 및 물리학의 과학자들이 분자 및 세포 척도에서 실험을 수행하는 데 중요한 도구가되었습니다. 그들은 작은 물체를 가두어서 상태 나 기능을 바꿀 수있는 것과 접촉하지 않기 때문에 트위터는 자료 나 개별 셀을 기본 환경에서 제거하지 않고 연구 할 수 있도록 허용합니다..
피망 슬롯가 현장 (예 : 물 또는 토양 샘플을 테스트하는 데) 또는 병원 및 의사 사무실에서 유용 할 수 있지만, 현재의 설계는 너무 커서 (약 2 ~ 3 피트의 높이 및 약 2 피트 너비) 너무 민감하게 만들어지고 (가벼운 전류에 의해 정확도가 영향을받을 수 있음), 매우 통제 된 실험실 설정.
광섬유 핀셋의 클로즈업. 두 섬유 프로젝트는 레이저 라이트의 빔을 교차하여 개별 세포를 유지하고 움직일 수있는 3 차원 피망 슬롯 트랩을 만듭니다.
피망 슬롯를 더 작고 가벼우 며 휴대하기 쉬운 Liu는 렌즈를 유리 광 섬유로 교체하기로 결정했습니다. 그러나 광섬유는 매우 얇기 때문에 (사람의 머리카락의 폭에 대해) 팁은 렌즈 역할을하기에는 너무 작기 때문에 단일 섬유는 광학 트랩을 만들기에 충분히 레이저 빔에 집중할 수 없습니다. Liu는 2 개의 섬유를 사용하여 교차하는 빛의 빔을 프로젝트하여 3 차원 광학 트랩을 만들 수 있음을 발견했습니다. 이런 식으로 그는 작은 구형 물체를 제자리에 고정하면서 나노 미터 정확도로 위치를 동시에 결정하고 객체에 대한 트랩의 강도를 측정 할 수 있습니다.
“이것은 우리가 함정을 만들기 위해 렌즈가 필요하지 않다는 것을 증명합니다.”라고 약 12 년 동안이 프로젝트를 진행해 온 Liu는 말했습니다. "작고 휴대용 시스템을 원한다면 세포를 포획하고 측정하기 위해 광 섬유 만 있으면됩니다."
Liu는 광 섬유를 사용하여 기존 버전보다 더 강력하고 100 배 작은 광학 핀셋을 구축 할 수 있다고 말했다. 그는 추가 연구를 통해 개별 세포를 포획하기 위해 혈관에 삽입 될 수있는 일반 주사기의 크기에 대한 임상 피망 슬롯를 만들 수 있다고 생각합니다. 그는 트위터가 통합 회로에 몇 가지 실험실 기능을 통합하는 우표 스탬프 크기의 실험실-온 칩에 참여할 수도 있다고 말했다. 칩은 약국에서 판매 될 수 있으므로 환자가 집에서 스스로 테스트 할 수 있습니다.
Liu는와 공동 작업 중입니다.Qi Wen, 물리학 부교수 및Songbai Ji, 생물 의학 공학 부교수. 박사 과정 학생Chaoyang Ti(기계 공학), Yao Shen (기계 공학) 및 Minh-Tri Ho-thanh (물리)도 연구팀의 일부입니다.
섬유 광학 핀셋의 임상 적용은 몇 년이 걸릴 수 있지만, 연구팀은 피망 슬롯를 더 세분화하기 위해 노력하고 있으며, 광학 섬유의 부서지기 쉬운 팁을 보호하기위한 새로운 패키지를 만들고 다른 연구자들에게 더 사용자 친화적 인 트위터를 만들기 위해 새로운 패키지를 만들고 있습니다. 또한 작고 저렴한 레이저 소스 및 광학 감지기를 찾기 위해 노력하고 있습니다.
