Исследователи создают микроскопические биологические инструменты с помощью замороженного этанола
Исследователи из Университета Миссури разработали метод нанесения ультратонких узоров на хрупкие биологические поверхности, такие как живые клетки, без их повреждения. Для этого они использовали комбинацию замороженного этанола, электронных пучков и микроорганизмов.
Усовершенствовав метод ледяной литографии, команда смогла вытравить невероятно мелкие детализированные узоры непосредственно на биологических мембранах. В отличие от традиционной литографии, которая может повредить хрупкие материалы, новый подход использует слой замороженного этанола вместо жидкости, что обеспечивает более щадящий и точный процесс. Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
В мире существует всего три лаборатории, использующих метод ледяной литографии, и лаборатория в Университете Миссури — единственная в Северной Америке. Ключевое отличие — использование этанолового льда, который защищает биологические материалы, в то время как обычный водяной лед мог бы их повредить.
Для тестирования метода использовали микроорганизм Halobacterium salinarum, который производит фиолетовый белок, способный улавливать солнечный свет и превращать его в энергию. Этот белок рассматривается как природный аналог солнечной панели.
Как это работает
- Биологическую мембрану помещают на охлажденную поверхность внутри сканирующего электронного микроскопа. Температура опускается ниже -150°C.
- При добавлении паров этанола он мгновенно замерзает, образуя тонкий ровный слой льда на мембране.
- Сфокусированный пучок электронов вычерчивает наносхемы в замороженном слое.
- После завершения рисунка поверхность осторожно нагревают. Части льда, не затронутые лучом, возгоняются, а сам узор остается в виде твердого материала.
Создаваемые узоры имеют ширину менее 100 нанометров и более чем в 1000 раз тоньше человеческого волоса.
Междисциплинарное сотрудничество
Исследование объединило специалистов в области биологии, химии, физики и астрохимии.
- С помощью метода surface-enhanced Raman scattering было установлено, что полученный твердый материал по свойствам похож на углеродное волокно.
- После процесса толщина фиолетовой мембраны изменилась менее чем на один нанометр, что доказывает безопасность метода для хрупких биологических материалов.
- Лаборатория астрохимии обнаружила присутствие короткоживущего химического вещества кетена, образующегося при обработке электронным пучком. Это помогло объяснить, как этаноловый лед превращается в стабильный твердый материал.
Это достижение открывает путь для работы с самыми хрупкими биологическими компонентами — молекулами, белками и атомами, и имеет потенциал для создания новых видов источников энергии, включая биологические солнечные панели.