El sistema de detección mecánica de alta precisión puede medir las propiedades biomecánicas in vivo del tejido, una sola célula

Los científicos de detección de fibra de la Universidad de Shenzhen han desarrollado una sonda nanomecánica de fibra óptica compacta (FONP) para medir en vivo propiedades biomecánicas del tejido e incluso de una sola célula.

Publicando en el diario Revista internacional de fabricación extremalos investigadores de la Universidad de Shenzhen aplicaron la tecnología de polimerización de dos fotones inducida por láser de femtosegundos para fabricar una microsonda con punta de fibra con una precisión mecánica ultraalta de hasta 2,1 nanonewton.

Este sistema de detección mecánica de alta precisión permite la medición de en vivo propiedades biomecánicas de tejidos, células individuales y otros tipos de biomateriales blandos. Los hallazgos podrían tener un impacto generalizado en el desarrollo futuro de microscopía de fuerza atómica de fibra para pruebas biomecánicas y nanomanipulación.

Uno de los investigadores principales, el profesor Yiping Wang, comentó: “Las propiedades biomecánicas de diferentes tejidos en el cuerpo humano varían ampliamente con siete órdenes de magnitud, desde las células más blandas hasta los huesos más rígidos. Hemos desarrollado una estrategia flexible que podría diseñar y fabricar las microsondas con punta de fibra con la constante de resorte más ajustada para la precisión en vivo medición biomecánica de casi todos los tejidos del cuerpo humano”.

La microscopía de fuerza atómica (AFM) es una de las pocas tecnologías que podría realizar mediciones biomecánicas delicadas. Sin embargo, existen limitaciones típicas del sistema AFM de sobremesa en cuanto a su tamaño y sistema de retroalimentación complejo. También requiere cierta geometría de las muestras a medir, lo que limita aún más su aplicación en la medición biomecánica. en vivo. El primer autor, el Dr. Mengqiang Zou, afirmó: “Nuestro trabajo logró una nueva generación de AFM de fibra con la metodología flexible para lograr el mejor diseño de la microsonda con punta de fibra para cada en vivo prueba, que resultó ser confiable y también mucho más miniaturizada”.

El profesor Changrui Liao ha sido pionero en los microdispositivos con punta de fibra fabricados mediante la tecnología de polimerización de dos fotones inducida por láser de femtosegundos para la detección de gases. Aquí, su grupo ha desarrollado la tecnología para lograr varias microestructuras de punta de fibra, específicamente en términos de microvoladizos con diseño topológico adicional, para lograr microsondas con una serie de constantes de resorte. Este desarrollo permite que el “AFM totalmente de fibra” se convierta en una herramienta de próxima generación para la investigación básica que involucra la en vivo medición biomecánica de varios tipos de tejidos.

El equipo utilizó el método de elementos finitos y la teoría topológica para optimizar el diseño de sondas de microvoladizo con punta de fibra. La microsonda más fina podría alcanzar una capacidad de medición fiable de hasta 2,1 nanonewton. El profesor Sandor Kasas dijo: “Este es un logro histórico y es solo el comienzo. Anticipamos que esta técnica se convertirá en una herramienta poderosa para en vivo estudio biomecánico de células y tejidos humanos, para comprender mejor los fundamentos de los cambios biomecánicos relacionados con enfermedades como el cáncer, y también en los procesos críticos de la biología del desarrollo”.