細胞天秤

尹丹

眾所周知，細胞是組成世間萬物最基本的單位，不論是龐然大物的巨象，還是身材矮小的螞蟻，它們都是由成千上萬的細胞組成的。研究細胞有助于我們更加深入地了解生物體的特征，促進生物學的發(fā)展。隨著科技的進步和研究水平的提高，人類雖然對細胞有了些許了解，但是還有許多關于細胞的謎題尚未解開。

要解開細胞的神秘面紗，就必須有創(chuàng)新的研究方法。在2017年11月24日，一種新型的細胞研究技術悄然出現(xiàn)，它就是細胞天秤。

瑞士蘇黎世理工學院的丹尼爾·J·穆勒教授是一位生物物理學家，他的研究團隊與巴塞爾大學和倫敦大學的研究者合作，開發(fā)出全新的細胞天秤。這項新技術不僅使他們能在很短的時間內(nèi)度量活細胞的重量，還可以監(jiān)測細胞重量隨時間的變化情況。據(jù)介紹，這個細胞天秤的精確度可以達到數(shù)毫秒和萬億分之一克。

顧名思義，細胞天秤是一種可以測量活細胞的天秤，它的出現(xiàn)為生物細胞研究注入了新的活力。在研究中，細胞在受控的細胞培養(yǎng)皿條件下進行稱重，測得的重量約為2～3納克。天秤的稱重臂是一根像芯片一樣薄、表面覆蓋纖維連接蛋白的透明硅制懸臂，能放到培養(yǎng)皿底部，輕推并揀起單個細胞。這個細胞會懸掛在這根微小懸臂的底面，使科學家能夠對其稱重。

細胞天秤是如何在稱重的同時觀察細胞活動的呢？細胞天秤的顯微懸臂一端是固定的，會發(fā)出一束脈沖藍色激光，使懸臂發(fā)生細微振蕩；在懸臂另一端還有一束紅外線激光，在細胞懸掛之前和之后對振蕩的情況進行測量。通過計算兩次振蕩之間的差異，就能得到細胞的重量。

通過這項新技術，科學家得以追蹤細胞在細胞周期和細胞分裂時的重量變化，以及不同培養(yǎng)基質對細胞重量的影響，甚至能了解細胞被病毒入侵時發(fā)生了什么。研究團隊已經(jīng)對這些問題展開了許多實驗。研究者稱，研究中最值得關注的一個觀察結果是，活細胞的重量會連續(xù)出現(xiàn)大約1%～4%的起伏，它們或許在調節(jié)總重量。研究人員排除了測量誤差，證明細胞只有在死亡的時候才會停止這種連續(xù)不斷的重量變化。毫無疑問，這些結果令研究者十分振奮，因為他們所觀察到的現(xiàn)象是前所未見的。

在整個測量過程中，研究人員可以在計算機屏幕上看到細胞重量變化的曲線。通過這一方法，科學家就能監(jiān)測細胞在一段時間——無論是數(shù)毫秒還是數(shù)天內(nèi)的重量動態(tài)。整個細胞天秤，包括細胞培養(yǎng)皿，都直接放置在一臺高倍數(shù)熒光顯微鏡的載物臺上，從而可以在測量的同時，觀察并拍攝細胞內(nèi)部的活動。

細胞重量是非常重要的細胞生理學指標，所以生物學家都十分關注該領域的研究，醫(yī)學和藥學領域的研究者也可以利用該技術觀察細胞的病理特征變化，以及藥物如何影響細胞生長。令人略感意外的是，材料科學家也對細胞天秤很感興趣?！皩λ麄儊碚f，這與納米顆粒的功能性有關。換句話說，這是在改變極小顆粒的表面狀態(tài)。”研究者馬丁內(nèi)斯·馬丁說道。

日前，瑞士公司已經(jīng)獲得專利許可，即將開始生產(chǎn)細胞天秤，不同學科的科學家或許很快就能利用這款新型設備來解決各種科學問題了。

新型的細胞天秤，將會給我們展示一個更加生動形象的微觀世界。