Ερευνητικές και Επαγγελματικές Δράσεις στα πεδία της Εμβιομηχανικής και της Τεχνολογίας στην Εμβιοϊατρική Η συμβολή των μαθηματικών και της φυσικής

Transcript

1 Ερευνητικές και Επαγγελματικές Δράσεις στα πεδία της Εμβιομηχανικής και της Τεχνολογίας στην Εμβιοϊατρική Η συμβολή των μαθηματικών και της φυσικής Δ. Γκιντίδης, Κ. Κυριάκη, M. Μακροπούλου, A.A. Σεραφετινίδης Αθήνα, 16 Δεκεμβρίου 2008

2 ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ Η ΦΥΣΙΚΗ ΣΤΙΣ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ Η μεγάλη ανάπτυξη των βασικών φυσικο-μαθηματικών επιστημών και της τεχνολογίας οδήγησε στην ανάπτυξη νέων διεπιστημονικών πεδίων έρευνας και εφαρμογής, όπως π.χ. την Ιατρική Φυσική - Ακτινοφυσική, την Ιατρική Φυσική Lasers, τη Βιο-ηλεκτρονική, τη Βιοϊατρική Τεχνολογία, την Εμβιομηχανική, τη Φυσική της Ιατρικής Απεικόνισης, την Υγειοφυσική, τα Βιομαθηματικά, τη Βιοπληροφορική, τη Βιονική, τη Βιοφωτονική κ.ά.

3 Οι κυριότερες περιοχές της Εμβιομηχανικής, της Κλινικής Μηχανικής, της Ιατρικής Φυσικής και της Βιοϊατρικής Πληροφορικής, οι οποίες δείχνουν τον κεντρικό στόχο αλλά και τις επικαλύψεις των γνωστικών αντικειμένων

4 1. ΝΕΑ ΙΑΤΡΙΚΑ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ - ΑΝΑΛΥΤΗΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΜΗ ΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ (1) Γ. Δάσιος, (2) Κ. Κυριάκη, (2) Δ. Γκιντίδης, (3) Σ. Ν. Γιαννόπουλος, (4) Σ. Ε. Καττής, (1,3) Γ. Ν. Κωνσταντινίδης, (1,3) Α. Χ. Παγιατάκης, (1,3) Χ. Α. Παρασκευάς, (4) Δ. Πολύζος, (4) Σ. Τσινόπουλος. (1) Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών (2) Τομέας Μαθηματικών, Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, ΕΜΠ (3) Ερευνητικό Ινστιτούτο Χημικής Μηχανικής και Χημικών Διεργασιών Υψηλής Θερμοκρασίας (4) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών 2. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΝΔΟΣΚΟΠΙΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ Α. Α. Σεραφετινίδης, Μ. Μακροπούλου, Ι. Ράπτης, Α. Παπαγιάννης, Ν. Αναστασοπούλου, Ε. Φαμπρικέζη, Γ. Τσικρικάς, Γ. Χουρδάκης, Ε. Δρακάκη. Τομέας Φυσικής, Ερευνητική ομάδα «Ανάπτυξη Lasers και Eφαρμογές τους», Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, ΕΜΠ. 3. ΠΑΓΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΜΕ LASER ΜΙΚΡΟΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗ ΒΙΟΔΟΜΩΝ Α. Α. Σεραφετινίδης, Μ. Μακροπούλου, Ε.-Χ. Παπαγιάκουμου, Ε. Σπυράτου, Δ. Κοτσιφάκη. Τομέας Φυσικής, Ερευνητική ομάδα «Ανάπτυξη Lasers και Eφαρμογές τους», Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, ΕΜΠ.

5 1. ΝΕΑ ΙΑΤΡΙΚΑ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ - ΑΝΑΛΥΤΗΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΜΗ ΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ (1) Γ. Δάσιος, (2) Κ. Κυριάκη, (2) Δ. Γκιντίδης, (3) Σ. Ν. Γιαννόπουλος, (4) Σ. Ε. Καττής, (1,3) Γ. Ν. Κωνσταντινίδης, (1,3) Α. Χ. Παγιατάκης, (1,3) Χ. Α. Παρασκευάς, (4) Δ. Πολύζος, (4) Σ. Τσινόπουλος. (1) Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών (2) Τομέας Μαθηματικών, Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, ΕΜΠ (3) Ερευνητικό Ινστιτούτο Χημικής Μηχανικής και Χημικών Διεργασιών Υψηλής Θερμοκρασίας (4) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών Η έρευνα αυτή δείχνει τη συνεισφορά των μαθηματικών στην ανάπτυξη του Αναλυτή Μεγέθους Μη Σφαιρικών Σωματιδίων - ΑΜΜΣΣ. Η πρωτοτυπία του οργάνου αυτού που κατασκευάσθηκε στην Πάτρα βρίσκεται στον αξιόπιστο προσδιορισμό του σχήματος βιολογικών σωματιδίων, σε ροή, από σκέδαση ακτινοβολίας μονοχρωματικού laser και μέτρησή της από οπτικές ίνες. Η έως τότε δυνατότητα των οργάνων ήταν η εύρεση του ισοδύναμου όγκου. To όργανο αυτό αξιοποιείται σε ιατρικές εφαρμογές για τη διάγνωση ασθενειών π.χ. μεσογειακή αναιμία αλλά και άλλες βιοϊατρικές εφαρμογές.

6 Mαθηματική προτυποποίηση διαδικασιών σκέδασης Προσπίπτον πεδίο i u Σκεδαζόμενο πεδίο s u ΠΡΟΤΥΠΟ ΣΚΕΔΑΣΗΣ CCD ΑΝΑΛΥΤΗΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΜΗ ΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ LASER He-Ne Μήκος κύματος λ = 632,8 nm θ 2 θ 1 Φράκτης δέσμης (beam stopper)

7 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΣΚΕΔΑΣΗΣ Θεωρητική ανάλυση Κατασκευή Αλγορίθμου Αντιστροφής Τα βασικά μεγέθη με τα οποία γίνεται η αντιστροφή είναι : Στατιστικά μεγέθη του αποτυπώματος της έντασης σε κάθε άξονα μέτρησης (μέση τιμή, διασπορά κ.λπ.). Η απόσταση Δθ στην οποία παρατηρούνται διαδοχικά ελάχιστα ή και μέγιστα. Η ποσότητα V=(I 1 -I 2 )/(I 1 + I 2 ) όπου I 1 + I 2 και I 1 -I 2 είναι οι τιμές της έντασης του πρώτου μέγιστου και του πρώτου ελάχιστου αντίστοιχα, που παρουσιάζονται μετά τη γωνία θ=10 0. Η ελλειπτικότητα της κηλίδας laser Ε= Λ 1 / Λ 2, όπου Λ 1 είναι η θέση στο μεγάλο και Λ 2 στο μικρό άξονα με ένταση Ι=0,5I 0. ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ Λήψη πειραματικών δεδομένων, δηλαδή μετρήσεων έντασης ακτινοβολίας με τη διάταξη συζευγμένου φορτίου (C.C.D.). Επεξεργασία πειραματικών δεδομένων, δηλαδή προσδιορισμός των μεγεθών που σχετίζονται μοναδικά με τη διάμετρο, την ελλειπτικότητα και το δείκτη διάθλασης. Καθορισμός των χαρακτηριστικών του σκεδαστή από τα διαγράμματα της βάσης δεδομένων.

8 Επεξεργασία πειραματικών δεδομένων: προσδιορισμός των μεγεθών που σχετίζονται μοναδικά με τη διάμετρο, την ελλειπτικότητα και το δείκτη διάθλασης. Δείκτης διάθλασης 1.4 Διαφορά των γωνιών Διάμετρος σκεδαστή σε μm Ορατότητα Διάμετρος 2μm Σχετικός δείκτης διάθλασης n m

9 (a) Αποτύπωμα της σκέδασης του φωτός σε ερυθροκύτταρο, το οποίο είναι σε ισοτονικό διάλυμα φυσιολογικού ορού, (b) Σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τη θεωρητική πρόβλεψη.

10 ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ ΣΕ ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΙΩΡΗΜΑΤΑ Σωματίδια latex με γνωστές διαστάσεις: d=1.091, 2.202, 5.08, 6.4, 11.9, και 20.1 μm Υάλινες σφαίρες με διάμετρο d=2.1, 8.2, 10.3, και 20.6 μm Βιολογικά σωματίδια: Bacilus Subtilis (~1/~3 μm) Nitrobacter, Nitrosomonas (~1/~4 μm) Ερυθρά αιμοσφαίρια Ικανοποιητική ακρίβεια σε όλες τις περιπτώσεις Προοπτικές στη βιοϊατρική τεχνολογία Εφαρμογή των νέων μεθόδων αντίστροφης σκέδασης στην κατασκευή νέων διατάξεων οργάνων Βελτίωση της θεωρίας και κατασκευή υβριδικών μεθόδων που συνδυάζουν πληροφορία από τις εφαρμογές και χρησιμοποιούν βάσεις δεδομένων από ευθεία σκέδαση

11 Drawing of the flow chamber with RBC s flowing through it and of the scattering pattern. Snapshots of (a) a stagnant isotonic sodium chloride solution containing red blood cells and (b) the same solution flowing at a velocity of 0.1 mm/s.

12 2. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΝΔΟΣΚΟΠΙΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ Α. Α. Σεραφετινίδης,, Μ.Ι. Μακροπούλου, Ι.. Ράπτης, Α. Παπαγιάννης,, Ν. Αναστασοπούλου, Ε. Φαμπρικέζη,, Γ. Τσικρικάς,, Γ. Χουρδάκης,, Ε. Δρακάκη. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, Τομέας Φυσικής, Ερευνητική ομάδα «Ανάπτυξη Lasers και Eφαρμογές τους». H ανάπτυξη της ενδοσκοπικής και λαπαροσκοπικής χειρουργικής, η οποία είναι η λιγότερο επεμβατική χειρουργική μέθοδος και η επικράτησή της έναντι της κλασικής "ανοικτής" χειρουργικής, αποτελεί σήμερα παγκοσμίως το στόχο πολλών ερευνητικών ομάδων και χειρουργικών κλινικών. Ιδιαίτερα στην αγγειοχειρουργική, ανάμεσα στις διάφορες ημιεπεμβατικές τεχνικές (αγγειοπλαστική με μπαλονάκι, χρήση υπερήχων κ.λπ.) η διάνοιξη αρτηριών - αγγειοπλαστική με laser φαίνεται να παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα, ιδιαίτερα αν ξεπεραστούν κάποιες δυσκολίες και προβλήματα, όπως π.χ. ο κίνδυνος διάτρησης της αρτηρίας και οι αλλοιώσεις που προκαλούνται στο τοίχωμα και την ελαστικότητα του αγγείου από τη θερμότητα που αναπτύσσεται. Η έρευνα αυτή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη εργαλείων και μηχανημάτων προηγμένης τεχνολογίας και τεχνικών που φιλοδοξούν να δώσουν λύσεις στα παραπάνω προβλήματα, με απώτερο στόχο την ευρύτερη εφαρμογή και διάδοση της ενδοσκοπικής χειρουργικής και της αγγειοχειρουργικής, με όλα τα κοινωνικά και οικονομικά της πλεονεκτήματα. Για το σκοπό αυτό συνεργάστηκαν επιστήμονες από διαφορετικούς φορείς (νοσοκομεία, πανεπιστήμια, ερευνητικά ιδρύματα, ιδιωτικές εταιρείες).

13 Η ΑΡΧΙΚΗ ΙΔΕΑ ΣΕ ΣΧΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ Αφαίρεση αθηρωματικής πλάκας με χρήση ακτινοβολίας laser, που μεταφέρεται μέσα στην αρτηρία με οπτική ίνα (ή κυματοδηγό) μικρής διαμέτρου. Παράλληλα με αυτήν υπάρχει και οπτική ίνα μεταφοράς της διαγνωστικής δέσμης laser και της ακτινοβολίας φθορισμού που αυτή προκαλεί. Ένα «έξυπνο» σύστημα ημι-επεμβατικής αγγειοχειρουργικής!

14 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΠΗΓΕΣ LASER ΣΕ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΕΣ ΙΣΤΩΝ ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΣΕ ΜΑΛΑΚΟΥΣ ΚΑΙ ΣΚΛΗΡΟΥΣ ΙΣΤΟΥΣ Αποδόμηση αρτηρίας με παλμικό laser (λ=10,6 μm, t p = 25 ns). Αποδόμηση οστικού ιστού με παλμικό laser (λ=1,06 μm, t p = 25 ns). Κρατήρας αποδόμησης του βιοπολυμερούς Nylon-6,6 με laser Nd:YAG (λ=1,06 μm, t p = 25 ns). Βάθος αποδόμησης του PTFE ως συνάρτηση της προσπίπτουσας πυκνότητας ενέργειας του laser Nd:YAG (λ=1,06 μm, t p =25 ns). Ρυθμός αποδόμησης της οδοντίνης ως συνάρτηση της πυκνότητας ενέργειας Er:YAG laser στα 2,94 μm. Εικόνα AFM του πολυμερούς ΡΕΕΚ (αποδόμηση στα 595 nm, t p = 800 fs)

15 Η ANAΓΚΗ ΓΙΑ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ carot15 carot16 carot17 carot in te n s ity (a.u ) w a v e le n g th, n m lipid cons c a lc ium lipid const c a lc ium inte nsity (a.u.) wavelength (nm)

16 Η ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Εργαστηριακό laser Er:YAG, κατασκευής ΕΜΠ. Διακρίνεται η κεφαλή του επεμβατικού laser Er:YAG, το laser-οδηγός (He-Ne) και το laser αζώτου για τη φασματοσκοπία επαγόμενου φθορισμού. Μετρήσεις διέλευσης της δέσμης του laser Er:YAG μέσα από οπτική ίνα. Φασματοσκοπία του laser επαγόμενου φθορισμού με φασματογράφο και συστοιχία φωτοδιόδων.

17 ΑΠΌ ΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ ΣΤΟ ΧΕΙΡΟΥΡΓΕΙΟ Εργαστηριακό πρωτότυπο Er:YAG laser κεφαλή. Σύστημα laser λαπαροσκοπικής/ενδοσκοπικής χειρουργικής. Διακρίνονταιοιυπομονάδεςτωνlasers (τροφοδοτικά, παλμογεννήτριες, σύστημα παροχής αζώτου, ψυκτικό μηχάνημα, φίλτρο ψυκτικού μηχανήματος κ.λπ.). Προετοιμασία (γενική αναισθησία) του πειραματόζωου για την λαπαροσκοπική επέμβαση με το πρωτότυπο λαπαροσκοπικής/ενδοσκοπικής χειρουργικής του "ENDOS. Λαπαροσκοπική επέμβαση σε πειραματόζωο στο πειραματικό χειρουργείο του ΝΙΜΙΤΣ.

18 3. ΠΑΓΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΜΕ LASER ΜΙΚΡΟΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗ ΒΙΟΔΟΜΩΝ Α. Α. Σεραφετινίδης, Μ. Μακροπούλου, Ε.-Χ. Παπαγιάκουμου, Ε. Σπυράτου, Δ. Κοτσιφάκη Τομέας Φυσικής, Ερευνητική ομάδα «Ανάπτυξη Lasers και Eφαρμογές τους», Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, ΕΜΠ. Το φως, φυσικό φως ή φως laser, αποτελείται από φωτόνια που το καθένα έχει ορμή μέτρου p, η οποία για μήκος κύματος λ δίνεται από τη σχέση: h p (όπου h είναι η σταθερά του Planck). Σύμφωνα με το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, η μεταβολή της ορμής είναι ίση με τη δύναμη: d p F dt Οπτική παγίδα ή λαβίδα ή τσιμπίδα: Μη επεμβατικό εργαλείο που χρησιμοποιεί μια ή περισσότερες δέσμες laser για τη δημιουργία δυνάμεων της τάξης των μερικών pn, ικανές να παγιδεύουν σωματίδια ή κύτταρα. Βασίζεται σε δυνάμεις πίεσης ακτινοβολίας που προέρχονται από τη μεταβολή της ορμής των φωτονίων. Σχηματίζεται από ισχυρή εστίαση μιας δέσμης laser μέσα από αντικειμενικό φακό μικροσκοπίου μεγάλου ΝΑ. Μέγεθος παγιδευμένων σωματιδίων: από μερικές δεκάδες nm έως μερικές δεκάδες μm.

19 Ακτινοβολία laser, οπτική παγίδα και βιοϊατρικές εφαρμογές Παγίδευση κυττάρων, βακτηρίων και ιών Μελέτη ελαστικών ιδιοτήτων DNA, ερυθροκυττάρων, υπολογισμός μέτρου στρέψης του βακτηρίου flagella Ανάπτυξη νευρικών κυττάρων Εναπόθεση βιολογικού ή ηλεκτρονικού υλικού σε στερεές επιφάνειες (biochips) Μελέτη κυτταρικής διαίρεσης Μελέτη ανοσοποιητικού συστήματος οργανισμών Διαχωρισμός κυττάρων Σύντηξη κυττάρων με τη βοήθεια δέσμης laser UV Διάγνωση κυτταρικών ανωμαλιών (σε συνδυασμό με φθορισμό επαγόμενο από laser) Ενδοκυτταρική χειρουργική (συνδυασμός με «νυστέρι» laser) In vitro γονιμοποίηση Τομή χρωμοσωμάτων για τη δημιουργία αρχείων- βιβλιοθηκών Μικροτομή σε νευρίτη για ανάπτυξη νευρώνων Παγίδευση δύο κυττάρων μαγιάς με τη χρήση διπλής οπτικής παγίδας Σύντηξη κυττάρων Αλληλεπίδραση λιποσώματος - καρκινικού κυττάρου

20 Οπτική παγίδευση και βιοϊατρικές εφαρμογές: Αποτελέσματα από έρευνα που υλοποιείται στο ΕΜΠ Στα ερευνητικά εργαστήρια της ομάδας «Ανάπτυξη laser και εφαρμογές» του τομέα Φυσικής της ΣΕΜΦΕ κατά την τελευταία οκταετία εκπονούνται διδακτορικές διατριβές και διπλωματικές εργασίες στην παραπάνω ερευνητική δραστηριότητα. Ορισμένα αποτελέσματα που παρουσιάζονται εδώ είναι από τις διδακτορικές διατριβές α) της κ. Ε.-Χ. Ι. Παπαγιάκουμου, β) της κ. Ε. Σπυράτου και γ) της κ. Δ. Κοτσιφάκη. Inverted microscope Diode laser Οπτική λαβίδα laser αργού (λ= 514 nm) Οπτική λαβίδα διοδικού laser (λ= 660 nm Λαβίδα laser He-Ne και επεμβατική δέσμη laser Er:YAG

21 Εφαρμογές της οπτικής παγίδευσης με δέσμη laser στο μικροχειρισμό βιοδομών Οπτική λαβίδα laser He-Ne (λ= 633 nm, 8 mw) που δεν απορροφάται από την πλειοψηφία των βιολογικών ιστών. Παγίδευση κυττάρων μαγιάς. Οπτική λαβίδα laser αργού (λ= 514 nm) σε μικροσφαιρίδια πολυστυρενίου βαμμένα με κίτρινη χρωστική. Παγίδευση και φθορισμός. Συνδυασμός οπτικής παγίδας He-Ne και μικροδέσμης laser Er:YAG σε φύκος Klebsormidium. Η δέσμη επιφέρει αλλοιώσεις-τομή του φυτικού κυττάρου.

22

23 Εφαρμογές της οπτικής παγίδευσης με δέσμη laser: επαγόμενη τάση σε λιποσώματα (a)-(c) Ενα γιγαντιαίο λιπόσωμα παγιδεύεται σε γραμμική οπτική λαβίδα. (d), (e), (f), (g) Φαίνεται η μετάβαση (budding transition) του λιποσώματος. Σχηματίζεται ένας στενός λαιμός στο γιγαντιαίο λιπόσωμα, όπως δείχνει το βέλος. Η αύξηση της θερμοκρασίας και η αφυδάτωση οδηγεί στην αποσταθεροποίηση του στενού λαιμού, οδηγώντας σε διαχωρισμό και απόσχιση (fission) των δυο τμημάτων όπως φαίνεται στην (h) και (i). Δυο χωριστά κυστίδια λιπιδίων σχηματίζονται και το ένα από αυτά παραμένει παγιδευμένο στη γραμμική οπτική λαβίδα.

24 Εφαρμογές της οπτικής παγίδευσης με δέσμη laser: επαγόμενη τάση σε λιποσώματα Μετά το διαχωρισμό, το παγιδευμένο λιπόσωμα υπόκειται σε περαιτέρω μετασχηματισμό. Τεντώνεται κατά μήκος της γραμμικής οπτικής λαβίδας εξαιτίας της τάσης που ασκεί η ακτινοβολία laser κατά μήκος του περιγράμματος του. Οι εικόνες (a-f) δείχνουν διαδοχικές φάσεις, καθώς το λιπόσωμα μειώνει σταδιακά τον όγκο του και μετατρέπεται βαθμιαία από την αμφίκυρτη μορφή (a) σε μια σωληνοειδή (b-e) και τελικά σε μια εύκαμπτη νηματοειδή μορφή (f). Δυο αντίθετες οπτικές δυνάμεις F ασκούνται σε δυο αντιδιαμετρικά σημεία στη μεμβράνη των λιποσωμάτων και προκαλούν την επιμήκυνση τους.

25 Μικροσκοπία ατομικής δύναμης: μετρήσεις ελαστικότητας σε κυτταρικό επίπεδο και σε νανοσωματίδια (λιποσώματα) Αυξάνοντας τη δύναμη στο στυλεό του AFM (κατεβάζοντας το σημείο επαφής στον tapping mode), τα κυστίδια τύπου TFHCO3 εκθέτουν μια αμφίκυρτη μορφή, όπου το κέντρο είναι φανερά συμπιεσμένο, όπως φαίνεται στην εικόνα 20. Ελαττώνοντας τη δύναμη, τα λιποσώματα TFHCO3 παίρνουν σχεδόν την αρχική τους μορφή (εικόνα 21), δείχνοντας ελαστική παραμόρφωση κάτω από μεγάλες δυνάμεις συμπίεσης. Αντίθετα, με την ίδια δύναμη AFM, τα TFHL03 αλλοιώθηκαν και προκλήθηκε πλαστική παραμόρφωση (εικόνα 23). ΕικόναΑFM (εικόνα 24) 5 min αργότερα, η οποία δείχνει την περίπου συγχώνευση μεταξύ δύο λιποσωμάτων που ήταν αρχικά σε επαφή.

26