Оптические пинцеты манипулируют крошечными объектами, такими как клетки и наночастицы, с помощью лазеров. Хотя они могут показаться тракторными лучами из научной фантастики, на самом деле их разработка принесла ученым Нобелевскую премию в 2018 году. Теперь ученые с помощью суперкомпьютеров сделали оптический пинцет более безопасным для использования на живых клетках и применяют его для лечения рака, мониторинга окружающей среды и т.д.
Коллипара является соавтором исследования оптических пинцетов, опубликованного в августе 2023 г. в журнале Nature Communications, которое он написал незадолго до получения степени доктора философии в области машиностроения под руководством соавтора исследования Юэбина Чжэна (Yuebing Zheng) из UT Austin, соответствующего автора статьи. Оптические пинцеты захватывают и перемещают мелкие частицы, поскольку свет обладает импульсом, который может передаваться ударяемой частице. Усиленный свет в лазерах усиливает этот импульс. Коллипара и его коллеги сделали еще один шаг вперед в использовании оптического пинцета, разработав метод охлаждения частицы, на которую направлено воздействие, с помощью теплоотвода и термоэлектрического охладителя. Их метод, получивший название гипотермического оптотермофоретического пинцета (HOTTs), позволяет с малой мощностью захватывать различные коллоиды и биологические клетки в их родных жидкостях. Это новейшее достижение может помочь преодолеть проблемы, связанные с использованием современных лазерных пинцетов, поскольку они слишком сильно обжигают образец для биологических применений.
Научная группа протестировала свой HOTT на эритроцитах человека, которые чувствительны к изменениям температуры.
Другое открытие относится к области доставки лекарств. Плазмонные везикулы — крошечные биоконтейнеры, покрытые золотыми наночастицами, — были пойманы в ловушку и без предупреждения перемещены в разные места внутри раствора, что аналогично направлению лекарств к раковой опухоли. Как только они достигают раковой мишени, на них воздействует вторичный лазерный луч, который разрывает лекарственный груз.
Суперкомпьютерное моделирование потребовалось для расчета полномасштабных трехмерных величин сил, действующих на частицы в оптическом, термофоретическом и термоэлектрическом полях, достигаемых при определенной мощности лазера. Будучи аспирантом в UT Austin, Коллипара получил возможность работать на TACC Stampede2 — национальном стратегическом ресурсе, который совместно используют тысячи ученых, финансируемых Национальным научным фондом.
В более широком плане, но не непосредственно для данного исследования, в исследованиях плазменных биосенсоров Коллипара также использовал систему Lonestar5 компании TACC для проведения более масштабного моделирования. Система Lonestar5, а теперь и Lonestar6 специально обслуживают ученых системы UT в рамках киберинфраструктуры исследований Техасского университета (UTRC).
01.11.2023 |
Хайтек
Scientific Reports: Создан ультразвуковой настраиваемый ЖК-рассеиватель света | |
Свет необходим для жизни. С момента ... |
APL Materials: Открыт метод лазерной печати для создания запоминающих устройств | |
Цифровые технологии не заменяют печатные.... |
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче | |
Исследователи из университета МИСИС усове... |
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама | |
Учёные из Университета МИСИС и Инсти... |
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев | |
Мягкие реабилитационные перчатки помогают паци... |
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание | |
При выборе материала для инфраструктурных... |
Учёные одновременно картировали температуру и поток в конвективных микропотоках | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ | |
Образовательное пространство Технологическое м... |
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния | |
Физики из Osaka Metropolitan University в... |
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов | |
Эксперименты показали, что мюоны можно ис... |
Опровергнута гипотеза о причине изменения формы сплавов при намагничивании | |
Учёные из Объединённого института ядерных... |
Ученые совершили рывок в локализации электролиза воды с анионообменной мембраной | |
Исследовательская группа под руководством... |
Исследование кристаллографов СПбГУ приведет к созданию более прочной керамики | |
Исследователи из Санкт-Петербургского уни... |
Квантовая томография выходит на новый уровень благодаря российским физикам | |
Учёные из Университета МИСИС и Росси... |
Ученые повысили рабочие характеристики изделий из никелевых суперсплавов | |
В МИСИС представили улучшенную технологию защи... |
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм | |
Магнитные материалы традиционно классифицируют... |
Light Sci Appl: Фотонный фонарь, напечатанный в 3D, открывает новые возможности | |
Оптические волны, распространяющиеся по в... |
Nature Materials: Ученые разработали рентген, позволяющий заглянуть в кристалл | |
Группа исследователей из Нью-Йоркского ун... |
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу | |
Сильно взаимодействующие системы играют важную... |
Неоднородная мягкость тел позволяет создавать более мягкие аморфные материалы | |
Ученые из Токийского столичного университ... |
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |