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Intracellular lasers: Coupling of optical resonances with biological processes

Description du projet

Des lasers intracellulaires comme nouveaux outils pour étudier les cellules uniques

Actuellement, les sondes fluorescentes sont les outils de choix dans les études des cellules vivantes, malgré certains inconvénients évidents tels que le photoblanchiment, une potentielle toxicité et un large spectre d’émission limitant leur sensibilité. Des microlasers ont récemment été intégrés à des objets biologiques, tels que des cellules individuelles, permettant l’enregistrement d’émissions lasers à la place de la fluorescence. Ce projet financé par l’UE entend développer des microlasers intracellulaires comme outils pour étudier la dynamique des cellules, la biophysique et la biochimie à l’échelle de la cellule unique. Étant donné que les caractéristiques spectrales de l’émission laser sont stables durant leur déplacement à travers l’environnement, les lasers intracellulaires pourraient permettre de localiser et d’analyser les cellules incorporées en profondeur dans le tissu d’intérêt.

Objectif

Recently, micro-sized lasers have been integrated into biological systems including cells and tissues. Currently the most frequently used techniques to study complex processes in live cells employ fluorescent probes. However, fluorescent probes have several disadvantages including photobleaching, sensitivity to environmental factors, potential phototoxicity and broad emission spectrum, which limits their sensitivity, multiplexing ability and imaging capabilities in biological tissues. The transition from detecting laser emission from bio-integrated lasers instead of fluorescence represents a paradigm shift. Due to narrow emission linewidth, high coherence, large intensity and highly nonlinear output from lasers, they open huge opportunities in ultrasensitive sensing, spectral multiplexing and microscopy. The applicant has recently for the first time demonstrated a laser completely embedded inside a live human cell. However, to date it has only been demonstrated that laser light can be generated within the cell, but not how is the laser output coupled to the biophysical and biochemical processes inside cells. The goal of Cell-Lasers is to study these intimate interactions including forces acting within cells, properties of natural cavities in lipid droplets and the intracellular chemical environment. Since the spectral positions of laser lines do not change with propagation through scattering and absorbing media, the cell lasers will enable multiplexed sensing, tracking and localization of cells embedded deep inside tissues. In the long term Cell-Lasers aims to transform the bio-integrated lasers from being a pure scientific curiosity into powerful tool for the study of biophysical and biochemical processes taking place on a single cell level.

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Institution d’accueil

INSTITUT JOZEF STEFAN
Contribution nette de l'UE
€ 1 079 020,00
Adresse
Jamova 39
1000 Ljubljana
Slovénie

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Région
Slovenija Zahodna Slovenija Osrednjeslovenska
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 1 079 020,00

Bénéficiaires (2)