Физики заставили бактерии фокусировать свет

Физики заставили бактерии фокусировать свет

Новости науки и техники Комментариев к записи Физики заставили бактерии фокусировать свет нет

Пропуская через воду с бактериями луч мощного лазера, ученые вынудили микроорганизмы сформировать подобие волновода, увеличивающего пропускание света. Коллектив исследователей показал феномен самофокусировки для нескольких типов микробов, в том числе морских, которые в естественной среде рассеивают свет, а также для клеток крови. Научившись лучше контролировать этот эффект, можно разработать новые методы визуализации биологических образцов. Статья с результатами опубликована в Physical Review Letters.

Nonlinear Self-Action of Light through Biological Suspensions

It is commonly thought that biological media cannot exhibit an appreciable nonlinear optical response. We demonstrate, for the first time to our knowledge, a tunable optical nonlinearity in suspensions of cyanobacteria that leads to robust propagation and strong self-action of a light beam. By deliberately altering the host environment of the marine bacteria, we show experimentally that nonlinear interaction can result in either deep penetration or enhanced scattering of light through the bacterial suspension, while the viability of the cells remains intact. A theoretical model is developed to show that a nonlocal nonlinearity mediated by optical forces (including both gradient and forward-scattering forces) acting on the bacteria explains our experimental observations.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.058101

Если показатель преломления частиц больше, чем у среды, в которой они находятся, то часто возникает нелинейный оптический эффект самофокусировки излучения. Он заключается в том, что по мере движения луча сквозь среду частицы увлекаются к его центру оптической градиентной силой. Результирующая высокая концентрация частиц вдоль луча выступает в качестве линзы, что может привести к «схлопыванию» луча, после которого свет рассеивается по различным направлениям. Однако биофизики уже научились предотвращать подобное явление и формировать при помощи взвешенных частиц узкий пучок, также называемый «световой иглой».

Считалось, что самофокусировка не будет работать с биологическими клетками, так как их оптические свойства близки к воде, и, следовательно, градиентная сила будет мала. Для ее увеличения можно применять лазеры большей мощности, но это грозит повреждением самих клеток. В новой работе авторы использовали микроорганизмы из рода Synechococcus, не способные на самостоятельное движение. Они пускали зеленый лазер через трубку длиной четыре сантиметра, заполненную либо просто морской водой, либо с добавкой бактерий. Без микробов луч расширялся с 50 микрометров до 650 вследствие дифракции. В среде с бактериями наблюдалось два случая: при мощности луча в 0,1 ватта он расширялся еще сильнее — до 1,25 миллиметра, но трехваттный лазер формировал пятно диаметром 200 микрометров.

Моделирование показало, что в случае бактерий необходимо учитывать не только градиентную силу, но и давление излучения, так как внутренняя структура микробов рассеивает больше света, чем неживые наночастицы. Смертность бактерий оказалась всего на 0,1% больше, чем в контрольной группе, что удивило авторов. Они повторили опыты с клетками E. Coli и красными кровяными тельцами человека и получили похожие результаты. Установленные закономерности также наводят на мысль, что клетки взаимодействуют, влияя на оптические свойства друг друга. В частности, этому явлению будут посвящены будущие исследования.

Источник: https://indicator.ru/news/2017/08/07/bakterii-fokusirujut-svet/

 

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top