Со времени открытия углеродных нанотрубок и изготовления наноразмерных углеродных трубопроводов, учёные со всего мира стали задумываться о создании углеродных клеточных зондов, к примеру, для внутриклеточных инъекций, зондирования и нанохирургии.

Зонды на углеродной основе наносят клетке (её мембранам и органеллам) гораздо меньше повреждений, чем обычные кварцевые зонды, а также обладают рядом полезных электрических, термических и механических свойств. Некоторые одномерные нанозонды на основе углеродных нанотрубок уже использовались для анализа клеток, однако трудности с изготовлением таких устройств и проблемы токсичности нанотрубок не позволили широко применять данный вид зондов.

Рис.1. Углеродная нанопипетка для микроинъекций. (a) Изображение нанопипетки, полученное с помощью оптического микроскопа. Масштаб 1 мм. (b) SEM-изображения нанопипетки: (i) углеродный кончик, (ii) край зоны травления, (iii) часть кварцевой пипетки. Масштаб 10 мкм.

Учёные из Великобритании и США создали углеродные нанопипетки, используя в качестве матрицы обычную кварцевую пипетку с последующим её растворением (рис.1), и провели ряд испытаний на раковых клетках с использованием данных нанопипеток. Для сравнения также использовались обычные кварцевые пипетки. Результаты исследования показали, что углеродные нанопипетки ничем не уступают и даже во многом превосходят своих кварцевых собратьев.

Рис.2. Отклик для IP3. (a), (b) Зависимость концентрации кальция от времени при инъекции (стрелочка) с использованием углеродных нанопипеток и кварцевых пипеток, соответственно. (c-e) Микрофотографии, демонстрирующие изменения уровня кальция. (с) Исходные клетки. Флюоресценция fura-2 за 2 секунды до (d) и через 1 секунду (e) после инъекции IP3 (только правая клетка подверглась воздействию). Масштаб 10 мкм.

Авторы работы провели исследования с применением потенциальных мессенджеров cADPr (аденозин дифосфат рибоза) и NAADP (фосфат никотин аденин динуклеотидовой кислоты), а также с использование ингибиторов. На рисунках 2 и 3 представлены экспериментальные данные, полученные в ходе выполнения работы. Как показали исследования, углеродные нанопипетки во многом превосходят кварцевые пипетки, они обладают меньшим диаметром, большей износоустойчивостью, лучше видны под оптическим микроскопом и практически не засоряются. Учёные уверены, что такого рода устройства имеют ещё больший потенциал. Они собираются продолжить исследования в данном направлении и изучить электрические свойства (например, измерение потенциала мембраны клетки во время введения жидкости).

Рис.3. Идентификация новых внутримолекулярных путей высвобождения кальция в раковых клетках. Зависимость концентрации кальция от времени: (a-c) с использованием углеродных микропипеток, (b-d) с использованием кварцевых микропипеток.