综述|“光镊”如何彻底改变细胞操作

一篇新的综述介绍了光镊的最新成果。

　　

光镊(OTs)，也被称为光阱，是一种高度聚焦的激光束，可以用非接触力捕获和操纵微观物体。应用于广泛的纳米和微尺度操作，OTs在包括人体细胞在内的生物物体的操作中已变得特别有用。

发表在EPJ Plus上的一篇新综述介绍了近几十年来OTs的最新成就。该综述由中国沈阳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。如果我们能够理解细胞的突变、增殖和坏死，那么人体内部的疾病就会在细胞层面上被发现和解决。因此，光镊可以被认为是限制这些分子的先驱者，以便更精确的生物测量可以捕获一个细胞中的变化，包括蛋白质、线粒体和DNA。”

作者首先解释了OTs的起源，可以追溯到詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的工作，以及光尽管缺乏质量，却可以拥有动量这一事实。因此，光的动量可以在物质中产生一种机械效应。这一概念后来发展为光学装置可以悬浮小粒子的想法。

作者指出，激光仪器的出现——具有高强度和良好单色特性的相干光——导致了对这种微粒子的光学操作，并在1986年实现了对微粒子的稳定捕获。

OTs现在已经发展到可以用来捕获、分类、运输和富集各种生物粒子的阶段。对于更复杂和精细的任务，单光束现在被声光调制器和电振动镜等设备所支持。

研究人员补充说，OTs现在可以与一种名为“人类明亮的眼睛”的新显微镜装置一起使用，以显示由微/纳米颗粒组成的微结构。这意味着OTs可以充当“人类纤细的手指”，在人造人眼探测它们的同时，小心翼翼地抓住这些粒子。

研究小组详细介绍了OTs比原子力显微镜(AFM)、磁镊(MT)和声学镊(AT)等类似技术的优势。这些优点包括提供更精细的力强度，它们的非侵入性，以及它们由多个光学组件组成的事实。

这意味着光学操作和OTs已经在生物学、药理学和临床研究等领域得到了广泛的应用，这些领域将纳米和微粒子从分子到细胞进行控制。

“考虑到OTs在‘现实世界’的潜在应用，还有很长的路要走，例如，细胞或蛋白质受到辐射的问题需要改进。此外，实现亚微米尺度粒子的光学模式稳定性仍然很困难，反映了复杂的光学调整。尽管这可能会导致困惑，甚至有时会令人沮丧，但有趣的生物学表现激励我们促进技术的进步。”

Sheng Hu, Jun-yan Ye, Yong Zhao, Cheng-liang Zhu. Advanced optical tweezers on cell manipulation and analysis. The European Physical Journal Plus, 2022; 137 (9)