Зачем оптогенетике вода?
Оригинал взят у nature_wonder в Зачем оптогенетике вода?
Ну, все уже знают про оптогенетику -- вы светите в мозг какой-нибудь крысе, и у нее возбуждаются нейроны. Не все, а лишь те, что реагируют на свет. И это по-своему замечательно, т.к. вы выбираете, какие клетки сделать светочувствительными. Но что если вы хотите “включать” клетки по одной? Не получится. Обычно в мозг вводят оптоволокно, оно там крепко сидит, и луч не настолько тонкий, чтобы попасть в один только нейрон. Даже если пустить такой луч, как им крутить?
Очевидно, на конец зонда хорошо бы поместить линзу и как-то менять ее фокус и поворачивать, чтобы луч как указкой ходил бы по разным клеткам. Но вот проблема: линза должна быть крохотной, уложиться бы в полсотню микрометров, плюс нужен поворотный механизм, а это механика, подача энергии и отвод тепла, и на таких масштабах очень трудно сделать дешево.
Но инженеры из MIT придумали. На конце зонда мааленький круглый резервуар глубиной 12 мкм со скошенными стенками. Туда заливают масло и сверху воду, они не смешиваются, и возникает четкая граница между ними. Это и есть линза. На стенках конуса электроды -- вы подаете напряжение, ток меняет поверхностную энергию стенок с гидрофобной на гидрофильную. То есть вода как бы проминает масло по бокам, граница выгибается вверх. Так называемый эффект электросмачивания. И теперь вы можете с помощью напряжения выбирать радиус кривизны линзы, то есть управлять фокусом.
Если дать разное напряжение на разные части стенок конуса, граница сохранит сферическую форму, но чуть наклонится в сторону, и так можно нацеливать луч в разные области. Микролинзы фокусируют свет до размера пятна ~ 10 мкм, что близко размеру тела нейронной клетки. Метод не требует движущихся частей, управление кривизной обратимо и потребляет очень малую мощность, что важно для зонда в глубине ткани, так как тепло может влиять на активность нейронов.
Разве не изящно? И совсем я не удивлен, что среди авторов снова Эд Бойден.
Занятно, что жидкость недавно помогла ученым ввести электрод в мозг. Нынче стремятся делать электроды как можно более тонкими и мягкими, чтобы меньше травмировать клетки. Обратная сторона биосовместимости -- оч. трудно такой мягкий волосок ввести в мозг. Он гнется при контакте с поверхностью и все. Приходится делать иглы и чехлы, они твердые, их вставляют вместе с электродом, затем вынимают. Решение так себе.
А тут новая идея. Электрод помещают в микрофлюидный канал. Затем толкают электрод вниз, а жидкость, текущая в канале, создает тяговую силу за счет разности скоростей и распределяет давление, приложенное сверху, вдоль всего волокна, удерживая его под напряжением. Так при контакте с мозгом электрод бы изогнулся, а тут со всех сторон вязкая текучая среда не дает ему. Он словно становится прочнее и входит в ткань как твердый. А жидкость просто стекает.
“Fluidic microoptics with adjustable focusing and beam steering for single cell optogenetics” | Optics Express | doi: 10.1364/OE.25.016825
Ну, все уже знают про оптогенетику -- вы светите в мозг какой-нибудь крысе, и у нее возбуждаются нейроны. Не все, а лишь те, что реагируют на свет. И это по-своему замечательно, т.к. вы выбираете, какие клетки сделать светочувствительными. Но что если вы хотите “включать” клетки по одной? Не получится. Обычно в мозг вводят оптоволокно, оно там крепко сидит, и луч не настолько тонкий, чтобы попасть в один только нейрон. Даже если пустить такой луч, как им крутить?
Очевидно, на конец зонда хорошо бы поместить линзу и как-то менять ее фокус и поворачивать, чтобы луч как указкой ходил бы по разным клеткам. Но вот проблема: линза должна быть крохотной, уложиться бы в полсотню микрометров, плюс нужен поворотный механизм, а это механика, подача энергии и отвод тепла, и на таких масштабах очень трудно сделать дешево.
Но инженеры из MIT придумали. На конце зонда мааленький круглый резервуар глубиной 12 мкм со скошенными стенками. Туда заливают масло и сверху воду, они не смешиваются, и возникает четкая граница между ними. Это и есть линза. На стенках конуса электроды -- вы подаете напряжение, ток меняет поверхностную энергию стенок с гидрофобной на гидрофильную. То есть вода как бы проминает масло по бокам, граница выгибается вверх. Так называемый эффект электросмачивания. И теперь вы можете с помощью напряжения выбирать радиус кривизны линзы, то есть управлять фокусом.
Если дать разное напряжение на разные части стенок конуса, граница сохранит сферическую форму, но чуть наклонится в сторону, и так можно нацеливать луч в разные области. Микролинзы фокусируют свет до размера пятна ~ 10 мкм, что близко размеру тела нейронной клетки. Метод не требует движущихся частей, управление кривизной обратимо и потребляет очень малую мощность, что важно для зонда в глубине ткани, так как тепло может влиять на активность нейронов.
Разве не изящно? И совсем я не удивлен, что среди авторов снова Эд Бойден.
Занятно, что жидкость недавно помогла ученым ввести электрод в мозг. Нынче стремятся делать электроды как можно более тонкими и мягкими, чтобы меньше травмировать клетки. Обратная сторона биосовместимости -- оч. трудно такой мягкий волосок ввести в мозг. Он гнется при контакте с поверхностью и все. Приходится делать иглы и чехлы, они твердые, их вставляют вместе с электродом, затем вынимают. Решение так себе.
А тут новая идея. Электрод помещают в микрофлюидный канал. Затем толкают электрод вниз, а жидкость, текущая в канале, создает тяговую силу за счет разности скоростей и распределяет давление, приложенное сверху, вдоль всего волокна, удерживая его под напряжением. Так при контакте с мозгом электрод бы изогнулся, а тут со всех сторон вязкая текучая среда не дает ему. Он словно становится прочнее и входит в ткань как твердый. А жидкость просто стекает.
“Fluidic microoptics with adjustable focusing and beam steering for single cell optogenetics” | Optics Express | doi: 10.1364/OE.25.016825