Преподаватель физики из Вьетнама рассказал, как с помощью лазерных указок, пива и кока-колы ему удалось провести дешевый опыт по флуоресцентной визуализации луковых клеток углеродными наноточками. Проделанная работа послужит наглядным лабораторным материалом для изучения школьниками и студентами современных методов визуализации биологических тканей, а также физики наночастиц.

Исследование опубликовано в The Physics Teacher.

Углеродные наноточки представляют собой частицы, состоящие из нанокристаллов графита либо аморфного углерода, диаметром не более 10 нанометров. Иногда углеродное ядро наноточек окружают какими-либо функциональными группами. Эти наночастицы обладают ценными люминесцентными свойствами, благодаря чему их применяют в самых различных областях, начиная от создания гарантийных меток и заканчивая медициной.

Одним из источников для получения углеродных наноточек стали биологические материалы. Например, эти частицы добывают из помидоров. Их также можно найти в кока-коле и пиве. При этом ученые изучают как их токсичность, так и пользу для медицины, где наноточки можно использовать для доставки лекарств к раковым клеткам и для биологической визуализации.

При лабораторных исследованиях углеродных наночастиц применяют целый комплекс аналитических методов. Так, просвечивающий электронный микроскоп дает информацию о морфологии наноточек, в то время как метод рентгеновской дифракции позволяет понять, как уложены атомы внутри них. Наконец, флуоресцентная спектроскопия позволяет связать свойства наночастиц со спектром их излучения. Большинство из этих методов довольно сложные и дорогие, что не позволяет познакомить с углеродными наноточками школьников и студентов младших курсов.

Преподаватель физики Нго Кхоа Куанг (Ngo Khoa Quang) из университета Хюэ, Вьетнам, показал, что флуоресценцию углеродных наноточек все же можно увидеть с помощью подручных средств. Как правило, для таких частиц характерна стоксова люминесценция, то есть смещение излученного света в красную область по отношению к свету поглощенному. Оказалось, что чтобы это увидеть в кока-коле или пиве, достаточно осветить их светом коротких длин волн.

На первом этапе эксперимента физик наливал в стаканы газировку марки Coca-Cola и пиво марки Budweiser и освещал их светом фиолетовой (405 нанометров) и зеленой (532 нанометра) лазерных указок. В рассеянном напитками свете можно было разглядеть следы зеленой и лазерной флуоресценции, соответственно. Для сравнения педагог повторил опыт с раствором оранжевого органического красителя, для чего ненадолго окунул в воду оранжевый маркер. В отличие от напитков, свет от раствора всегда оставался оранжевым независимо от длины волны накачки. .[em]

Первый этап эксперимента / Ngo Khoa Quang / The Physics Teacher, 2022

В качестве следующего шага автор попытался использовать пивные и кока-кольные наноточки для флуоресцентной визуализации клеток в оптический микроскоп. Для этого он подготовил несколько стаканов с водой, колой, пивом и этиловым спиртом, куда в определенной последовательности макал очищенную луковую кожицу. Газированные напитки физик предварительно встряхивал, чтобы выгнать растворенный в них газ. Вода требовалась для промывки образца, а спирт — для вытеснения воды из клеток.

Пропитанные напитками кожицы автор располагал на предметном столике микроскопа и фотографировал через кусочки цветного акрила, освещая их снизу указками. Оказалось, что качества таких самодельных фильтров и мощности указок недостаточно для визуализации клеток. Поэтому физик использовал лабораторные фильтры, а также более интенсивные лазерные указки на тех же длинах волн.

Фотографии контрольного и вымоченного в пиве и коле образцов, сделанные в микроскоп с 10× объективом с белой, фиолетовой и зеленой подсветками. / Ngo Khoa Quang / The Physics Teacher, 2022.

В результате ему удалось заснять луковые клетки, освещаемые углеродными наноточками, для образцов, вымоченных в кока-коле и пиве, и не увидеть в контрольном образце. Пивная визуализация, правда, оказалась очень низкого качества. Автор связал это с тем, что алкоголь, содержащийся в пиве, мог препятствовать проникновению в клетки водного раствора наночастиц.