Графен и лазер: новый способ увидеть живые ткани

Ученые из Ковровской государственной технологической академии им. Дегтярева работают над созданием нового лазерного прибора, который сможет проникать внутрь органов и тканей человека и изучать их на молекулярном уровне. Этот проект, поддержанный Российским научным фондом, не имеет аналогов в мире и может открыть новые горизонты в биотехнологии.


С помощью лазерного прибора ученые смогут наблюдать за живыми клетками в реальном времени, используя специальные флуоресцентные красители, которые светятся под действием лазерных лучей. Этот метод, называемый биоимиджингом, позволяет не только получать изображения органов и тканей, но и анализировать их состав и изменения. Например, с его помощью можно следить за биологическими процессами в организме и оценивать эффективность лечения различных заболеваний.


 — руководитель проекта, завкафедрой лазерной физики и технологии КГТА им. Дегтярева Сергей Солохин.

Что такое биоимиджинг?

Биоимиджинг — инновационный метод клеточного скрининга, основанный на использовании передовых цифровых технологий и флуоресцентной микроскопии. С помощью биоимиджинга можно получать изображения живых органов и тканей, а также анализировать их состав и изменения в реальном времени. Для этого ткани помечаются специальными флуоресцентными красителями, которые светятся под действием лазерных лучей различных длин волн. Таким образом, можно наблюдать за биологическими процессами в организме, такими как деление клеток, апоптоз, метаболизм, сигнальные пути и т. д.

Биоимиджинг имеет множество применений в различных областях науки и медицины, таких как биология, фармакология, онкология, неврология, иммунология и т. д. С его помощью можно изучать структуру и функцию органов и тканей, диагностировать различные заболевания, контролировать эффективность лечения, разрабатывать новые лекарства и терапии.

Однако для проведения биоимиджинга обычно требуется несколько лазерных излучателей разных цветов, что делает процесс дорогим и сложным. Поэтому ученые из КГТА предлагают создать комплексную установку на основе одного лазерного излучателя, который будет генерировать ультракороткие лазерные импульсы разной длины волны.

Для этого они используют уникальные наноматериалы — графеновые затворы, которые были специально изготовлены в лаборатории спектроскопии наноматериалов Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН. Графен — двумерная модификация углерода, состоящая из одноатомного слоя атомов, соединенных в гексагональную решетку. Графен обладает рядом уникальных свойств, таких как высокая электропроводность, теплопроводность, прочность и гибкость.

Графеновый затвор — устройство, которое позволяет управлять электрическим полем в графене, изменяя его проводимость. Графеновые затворы позволяют контролировать частоту и интенсивность лазерных импульсов, а также фокусировать их на нужную область ткани. Таким образом, ученые смогут получать многоцветные двухфотонные флуоресцентные изображения живых тканей на глубине до нескольких сантиметров без повреждения клеток.

Ученые планируют завершить разработку лазерного прибора к концу 2023 года и протестировать его на живых объектах в сотрудничестве с биотехнологами. Они надеются, что их прибор будет полезен для медицины, фармакологии, биохимии и других наук о жизни.