Zeitschrift für Physikalische Chemie und Biophysik
Offener Zugang

Abstrakt

Können nichtlineare doppelbrechende biologische Strukturen optische Wirbel erzeugen?

Benedicto de Campos Vidal

In Sehnen sind Kollagenfasern mit einer spiralförmigen supramolekularen Organisation strukturiert und interagieren mit strukturiertem Licht, wobei intrinsische und Formdoppelbrechung (FB) dargestellt wird. FB ist eine optische Anisotropie der Permittivität, die beim Bau künstlicher Geräte zu praktischen Zwecken verwendet wird. Im vorliegenden Fall wies das verwendete Biomaterial höchste FB-Werte auf. Linear polarisiertes monochromatisches Licht weist nach Durchlaufen mikroskopischer Abschnitte von Kollagenfasern eine elliptisch polarisierte Lichtfront mit Drehimpuls auf, die nach Durchlaufen eines zweiten Polarisators Wirbelbilder erzeugt. In dieser Studie wurde eine fortschrittliche Polarisationsmikroskopie mit strukturiertem Licht verwendet, um die Erzeugung von Wirbelbildern durch Kollagenfasern als strukturiertes Biomaterial zu erkennen und zu charakterisieren. Die in der vorliegenden Studie verwendeten Mikroskopabschnitte erfüllten alle Bedingungen zur Erzeugung von Wirbeln. Hier wird zum ersten Mal gezeigt, dass Wirbelstrukturen durch chirale supramolekulare Kollagenfasern in doppelbrechenden Bündeln erzeugt werden und mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet werden können. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Wirbel in biologischen Strukturen Teil eines Mechanismus der Signalübertragung vom extrazellulären Raum zu den Zellen sind. Da die räumliche Verteilung von Kollagenfasern und -bündeln in Bindegeweben variieren kann, wird angenommen, dass auch die Komplexität der entsprechenden Wirbelmorphologie variieren kann. Abschließend wird empfohlen, dass die strukturierten Eigenschaften der Chiralität von Kollagenfasern und ihre optischen anisotropen Eigenschaften als Inspiration für neue künstlich hergestellte strukturierte Geräte dienen könnten.