新研究

我國(guó)藻類(lèi)細(xì)胞微型機(jī)器人研究又進(jìn)一步

國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Lab on a Chip 于6月21日以封面論文形式刊載了沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在微型機(jī)器人和生物驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的最新研究成果——基于活細(xì)胞的可編程微米級(jí)電機(jī)陣列（Programmable micrometer-sized motor array based on live cells）。

藻類(lèi)細(xì)胞是一類(lèi)在水中自由游動(dòng)的微生物，長(zhǎng)度通常為十微米至幾十微米。從工程學(xué)角度看藻類(lèi)細(xì)胞如同微型機(jī)器人，它具有感知和驅(qū)動(dòng)能力，能夠從周?chē)后w環(huán)境中獲取能量，并高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其鞭毛的機(jī)械能，推動(dòng)細(xì)胞自由游動(dòng)。藻類(lèi)細(xì)胞在水中都是任意游動(dòng)的，如何實(shí)現(xiàn)其機(jī)器人化運(yùn)動(dòng)及向外界做功是生物學(xué)與機(jī)器人學(xué)交叉領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題。

此次論文介紹了如何實(shí)現(xiàn)藻類(lèi)細(xì)胞的陣列化旋轉(zhuǎn)。結(jié)合光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)（ODEP），建立了藻類(lèi)細(xì)胞在ODEP微環(huán)境中的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)模型和受力模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藻類(lèi)細(xì)胞的快速捕獲及陣列化旋轉(zhuǎn)，且通過(guò)改變光強(qiáng)可有效調(diào)節(jié)細(xì)胞旋轉(zhuǎn)速度。構(gòu)建的藻類(lèi)細(xì)胞旋轉(zhuǎn)陣列有望作為微尺度馬達(dá)陣列，在微流控及生物驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

超靈敏納米光纖“聽(tīng)”到細(xì)胞跳動(dòng)

5月15日《自然·光子學(xué)》雜志發(fā)表了美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員的一項(xiàng)研究成果——一種超靈敏納米光纖，其靈敏度高出原子力顯微鏡10倍，能夠收集并量化微弱的力和聲音，可以感受到細(xì)菌移動(dòng)產(chǎn)生的力量，能“聽(tīng)”到心肌細(xì)胞跳動(dòng)的聲音。

這種納米光纖直徑只有人類(lèi)頭發(fā)的1%，由二氧化錫纖維制成，表面涂覆聚乙二醇薄層，并摻雜金納米粒子。當(dāng)被光線照射時(shí)，金納米粒子會(huì)與光相互作用，將光散射。這些光信號(hào)以特定強(qiáng)度出現(xiàn)，可以用傳統(tǒng)顯微鏡觀察到。當(dāng)光纖被置于含有活細(xì)胞的溶液中時(shí)，來(lái)自細(xì)胞的力或聲波會(huì)撞擊金納米粒子，將它們推入聚乙二醇涂層，從而更接近光纖，粒子與光的相互作用會(huì)更強(qiáng)烈，產(chǎn)生的光信號(hào)會(huì)更強(qiáng)。通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分析，研究人員可檢測(cè)出光纖從周?chē)?xì)胞拾取的力或聲音的強(qiáng)度。

該裝置的關(guān)鍵是聚乙二醇涂層，它就像一個(gè)彈簧墊，要足夠靈敏才能被細(xì)胞產(chǎn)生的微弱的力或聲波壓縮到不同的厚度，而這一涂層是可以調(diào)整的，涂層越硬可測(cè)量的力越大。

當(dāng)把該裝置放置在含有活幽門(mén)螺旋桿菌的溶液中時(shí)，可以檢測(cè)到160fN的力，這也是幽門(mén)螺旋桿菌在腸道中移動(dòng)產(chǎn)生的力量。若放置在小鼠心肌細(xì)胞的培養(yǎng)液中，則能檢測(cè)到心肌細(xì)胞跳動(dòng)的聲音，比人耳所能聽(tīng)到的最弱音量還要低1000倍。

在科學(xué)研究和工業(yè)界廣泛使用的掃描力顯微鏡，其基礎(chǔ)就是原子力顯微鏡，其缺點(diǎn)是成像范圍太小、速度慢、受探頭影響太大。而這種新研制的超靈敏探測(cè)裝置為研究微弱力提供了更為有力支持。不僅能夠收集還能量化；比原子力顯微鏡更靈敏也更小巧，今后在細(xì)胞分析與檢測(cè)領(lǐng)域有可能出現(xiàn)較大的技術(shù)突破。

研究人員計(jì)劃未來(lái)使用這種納米光纖來(lái)測(cè)量單個(gè)細(xì)胞的生物活性和機(jī)械行為；改善這種光纖的“聽(tīng)力”，以創(chuàng)建超靈敏的生物聽(tīng)診器，并用于開(kāi)發(fā)新的成像技術(shù)。