先进的光学镊子如何彻底改变细胞操作
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长三角G60激光联盟导读
据悉 ， 光学镊子（OT） ， 也称为光学陷阱 ， 是高度聚焦的激光束 ， 可用于以非接触力捕获和操纵微观物体 。 在广泛的纳米和微尺度操作中 ， OT在操纵包括人类细胞在内的生物物体方面变得特别有用 。
a “Tug-of-war” 光镊就像两个分开的光束 。 这两道光束作为一个整体 ， 不仅在两端捕获细菌 ， 而且沿着横向拉伸细菌；b受光罩保护的白圈淋巴细胞被单独捕获并移向所需位置；c硅颗粒和酵母细胞的尺寸分类 。光学镊子（OT）产生各种迷人的光束模式 ， 使生物学家能够在单细胞水平上揭示人类生命的自然秘密 。
EPJ Plus上发布的一篇新评论传达了近几十年来OT的最新成就 。 该综述由东北大学信息科学与工程学院的研究人员?Sheng Hu、Jun yan Ye、Yong Zhao和Cheng Liang Zhu撰写? 。
“众所周知 ， 细胞是人类生命的基本单位 。 如果我们能够了解细胞的突变、增殖和坏死 ， 人体内的疾病就会在细胞层面上被发现和解决.”Hu说 。 因此 ， 光镊可以被认为是限制这些分子的先驱 ， 以便更精确的生物测量可以捕获一个细胞的变化 ， 包括蛋白质、线粒体和DNA
a 血液在活的小鼠耳朵处快速流过毛细血管 。 光学镊子将一个红细胞绑住 ， 以在1分钟内阻断血流;b 一旦聚焦的光学斑点移动 ， 被困的红细胞可以跟随并移动约12μm 。 c 斑马鱼胚胎内的细胞核被两个振荡的珠子挤压和拉伸 。作者首先解释了OT的起源 ， 可以追溯到James Clerk Maxwell的工作 ， 以及光尽管缺乏质量 ， 但可以拥有动量的事实 。 因此 ， 光的动量可以在物质中产生机械效应 。 这个概念后来发展成为光学装置可以悬浮小颗粒的想法 。
a ， b和c一系列图像验证了控制算法在激光源之后操纵物镜细胞的能力 。作者指出 ， 激光仪器的出现导致了这种微粒的光学操纵 具有高强度和良好单色特性的相干光 ， 1986年实现了微粒的稳定捕获 。
OT现在已经发展到可以用来捕获、分类、运输和富集各种生物颗粒的阶段 。 对于更复杂和精细的任务 ， 单光束现在由声光调制器和电动振动镜等设备支撑 。
a ， b是两种在扫描电子显微镜下看到的微型机器人 ， 由双光子聚合制成;c ，d分别显示丝状细胞在15 s和21 s期间的平移和旋转运动;e 使用V形微型机器人通过光学力间接操作一个酵母细胞 ， 无阻碍地完成运输工作 。研究人员补充说 ， OT现在可以与一种称为“人类明亮的眼睛”的新显微镜装置配套使用 ， 以显示由微/纳米颗粒组成的微观结构 。 这意味着 ， 当这种人造人眼探测微粒时 ， OT可以充当“人类纤细的手指” ， 巧妙地抓住微粒 。
a 基于光学镊子的灵巧单细胞处理的从设备草图;b 铲形机器人可以拖曳几个红细胞并将它们移动到所需的位置;c 红细胞转运的3D轨迹达到80μm距离;d 叉形末端执行器执行单细胞的操纵任务;e 捕获红细胞的2D轨迹已被叉形末端执行;f显示了凹形微型机器人的结构及其扫描电子显微镜图像 ， 该图像可以通过旋转HOT中的三个球体来调整细胞的视野 。
该团队详细介绍了OT相对于类似技术的优势 ， 如原子力显微镜（AFM）、磁镊（MT）和声镊（AT） 。 这些优势包括提供更精细的力强度、非侵入性以及它们由多个光学组件组成的事实 。
这意味着光学操纵和OT特别在生物学、药理学和临床研究领域中得到了广泛的应用 ， 将纳米和微粒从分子抓取到细胞 。
【先进的光学镊子如何彻底改变细胞操作】来源：Advanced optical tweezers on cell manipulation and analysis. Eur. Phys. J. Plus 137 1024 (2022). https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-03190-9
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