利用激光全息技術(shù)控制生物細(xì)胞的三維行為

發(fā)布：cyqdesign 2017-05-31 15:44 閱讀：2112

由韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院物理系的YongKeun Park教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)了一種光學(xué)操縱技術(shù)，其可以自由地控制具有復(fù)雜形狀的微觀樣品的位置，方向和形狀。這項(xiàng)研究已經(jīng)在線發(fā)表在了5月22日的《自然*通訊》雜志上。

　　被稱為“光鑷”的傳統(tǒng)的光學(xué)操縱技術(shù)，已經(jīng)作為一個(gè)寶貴的工具被用在了對(duì)微觀粒子施加微小的力和操縱微粒的三維（3-D）位置。光鑷采用一個(gè)緊密聚焦的激光器，其光束直徑小于1微米（頭發(fā)絲直徑的1/100），它可以在鄰近的微觀粒子上產(chǎn)生使其向光束聚焦點(diǎn)移動(dòng)的引力�？刂乒馐裹c(diǎn)的位置使研究者能夠抓住粒子并自由地移動(dòng)到其他位置，因此他們創(chuàng)造了“光鑷”這個(gè)名字，并將其廣泛地應(yīng)用于物理和生物學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。

　　到目前為止，大多數(shù)使用光鑷的實(shí)驗(yàn)捕獲的都是球形粒子，因?yàn)槲锢?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=原理',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_8">原理可以很容易地預(yù)測(cè)光學(xué)力和微球的響應(yīng)運(yùn)動(dòng)。然而，對(duì)于具有復(fù)雜的形狀的捕獲對(duì)象來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的光鑷會(huì)引起這些顆粒發(fā)生不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)這些物體的朝向的控制也變得很有限了，這阻礙了對(duì)具有復(fù)雜形狀的微觀物體如活細(xì)胞的三維運(yùn)動(dòng)的控制。

　　該研究小組開(kāi)發(fā)出了一種新的光學(xué)操作技術(shù)，其可以捕捉任意形狀的復(fù)雜物體。這種技術(shù)首先用三維全息顯微鏡測(cè)量物體的三維結(jié)構(gòu)，三維全息顯微鏡具有和X-射線CT成像相同的物理原理�；谒鶞y(cè)物體的三維形狀，研究人員精確計(jì)算出了能夠穩(wěn)定控制物體的光的形狀。當(dāng)光的形狀與物體的形狀相同時(shí)，物體的能量被最小化，從而為具有復(fù)雜形狀的物體提供了穩(wěn)定的束縛。

　　此外，通過(guò)控制光的形狀，使其具有物體的不同位置，方向和形狀，有可能可以自由地控制物體的三維運(yùn)動(dòng)，并使該對(duì)象具有所需的形狀。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于生成一個(gè)用來(lái)鑄造所需形狀的雕像的模具，所以研究人員為該技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)名字——“用于光捕獲的斷層模具（TOMOTRAP）�！痹搱F(tuán)隊(duì)成功地穩(wěn)定地捕獲了單個(gè)人類(lèi)紅細(xì)胞，并使它朝著期望的方向旋轉(zhuǎn)，將它折疊成L形，以及將兩個(gè)血紅細(xì)胞組裝在一起形成新的結(jié)構(gòu)。此外，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的結(jié)腸癌細(xì)胞也可以被穩(wěn)定地捕獲和在所需的取向上旋轉(zhuǎn)。所有這些都是用常規(guī)的光學(xué)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。

　　Park教授說(shuō)：“我們的技術(shù)可以在預(yù)先不知道關(guān)于物體的形狀和光學(xué)特性信息的情況下，具有控制復(fù)雜形狀物體的三維運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，其可以應(yīng)用于物理、光學(xué)、納米技術(shù)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域�！�

　　該論文的主要作者Kyoohyun Kim博士指出該技術(shù)能引起生物細(xì)胞的受控形變，以形成所需的形狀�！盞im補(bǔ)充說(shuō)：“這種方法也可以應(yīng)用在細(xì)胞水平的手術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上，用于細(xì)胞和亞細(xì)胞器的捕獲和變形。”

帖子

利用激光全息技術(shù)控制生物細(xì)胞的三維行為