用“光镊子”操作细胞

  用“光镊子”操作细胞

  由韩国科学技术院物理系教授朴永昆（YongKeun Park）所带领的团队研制出了一套新的光学调控技术。这项技术有了新突破，可用于调控具有复杂形状的微小样本的位置、方向、形态。研究于5月22日发表在《自然通讯》（Nature Communications）。

  传统的光学调控技术，即“光镊”技术（optical tweezers），被广泛的应用于物理与生物的研究领域。这种操作过程类似于魔法的技术可以通过调节直径为一微米（头发厚度的1/100）的激光束，调控粒子在空间中的位置。
  由于激光束能对临近微观粒子施加指向光束方向的吸引力，因此研究人员给这项能自由调控粒子位置的技术取名为“光镊”。
  迄今为止，光镊技术主要被用于束缚球形粒子。根据物理原理，利用光镊技术预测微观球状物体与光的作用及过程中带来的运动相对容易。对于复杂形状的物体，传统的光镊技术则不能维持粒子的稳定状态，在控制具有复杂形状的物体运动（如活细胞）的运用中受到了限制。
  朴教授的团队研制出一套可用于束缚任意复杂形态物体的新型光学调控技术。在电子计算机断层扫描技术（Computed Tomography)相同的原理基础上，光镊技术先由3维全息显微镜测量出物体的空间结构。
  通过分析物体的空间结构信息，研究人员精确地算出用于稳定调控物体的激光束状态。当光束状态与物体形状匹配时，物体处在最低能量态，即此时光束可稳定的束缚具有复杂结构的物体。
  除此之外，研究人员通过对光束状态的调控可实现对物体运动方式的自由控制并取得任意物体形状。由于技术过程与制造用于铸造雕像的模具流程类似，因此研究人员给这项技术取名为“光束缚X线层析模（tomographic mold for optical trapping TOMOTRAP)。”
  团队成功地取得了以传统光学技术难以实现的实验成果，包括：稳定捕获血红细胞，及沿任意方向旋转细胞，对细胞进行L型折叠，装配具有新结构的红细胞对。同时，对具有复杂结构的肠癌细胞也实现了相关进展。
  朴教授表示：“我们的技术能在不了解具体的物体形状以及其光学性质的条件下调控复杂物体的3维运动状态，可被广泛地应用于物理、光学、纳米技术、医学科学领域。”
  研究的重要作者金昆允（Kyoohyun Kim）博士指出，这项技术可用于获得可控任意形态的生物细胞。“通过捕获细胞以及分析细胞形变，TOMOTRAP技术也可用于对细胞水平手术预后的实时监测。”