硬科普 | 无法肉眼观察的微观粒子如何被看不得见的“手”操控？

如何实现微观粒子的操控？

微观粒子，简单理解就是肉眼无法识别的微小颗粒。既然肉眼无法识别那传统意义上的操作工具“镊子”就无法对其夹取移动，这个时候就要借助微观力量。要知道光不仅具有普识上的能量特性，还具有动量特性，即光压（光照射到物体上对物体表面产生的压力）。要想使得光压足以实现微观粒子的操控还需要另一条件——能量更大的激光光束，光镊也由此产生——1986年，Ashkin等人利用经高数值孔径聚焦的单束激光实现了对电介质微球的三维捕获，标志着光镊技术的诞生。

操控微观粒子有什么意义？

光镊就是微观世界中的“镊子”，可以夹取微粒并控制其移动，具有无机械接触和低损伤的特点。通常光镊采用近红外波段的光，这使得对生物组织的热损伤几乎可以忽略不计，因此光镊技术非常适合生命科学领域的研究。MMI CellManipulator就是这样功能强大的光学多光束光镊系统，能够轻松地操纵多达20个单活细胞、微生物细胞或其它微小颗粒，通常用于力谱分析、细胞及细胞内操控、分子运动等研究。

我们来展开看看都有哪些应用吧！

基于细胞的研究

基于MMI CellManipulator光镊技术精确、无接触的显微操作，可实现细胞的操控、细胞间相互作用和结合力的研究、细胞内的操作、细胞融合、移植研究、神经网络的研究、药物对细胞的作用和Ca2+通道的研究等。

细胞的操控

如图可以操控10个小鼠干细胞移动，变换各种队形，或是捕获单个Hela细胞进行移动控制。

也可以捕获更小的细菌以及更大的硅藻，进行移动控制。

细胞间相互作用和结合力的研究

MMI CellManipulator光镊技术常见的应用是测量细胞间的相互作用力，它能够操控细胞的移动方向和细胞间的接触时间，以促进细胞间的相互作用，并且可以直接测量细胞间的结合力。这一技术对于细胞间相互作用力的动态研究和测量细胞亲和力的研究都具有重要意义。

细胞内的操作

MMI CellManipulator光镊技术使用脂肪等微粒促使细胞核拉伸和凹陷，检测形成细胞核的物质，以及这些物质能够对抗细胞核外施加的力，通过这些检测来研究细胞核在机械传导中的作用，同时可以生成时间-力和时间-位移的曲线。如图操纵细胞内的叶绿体等微粒使液泡内陷，检测膜的机械特性等。

分子运动研究

光镊最重要的应用之一是测量运动蛋白、动力蛋白和肌球蛋白等马达蛋白的详细运动。马达蛋白支持多种细胞功能，包括细胞器运输、细胞分裂、染色体分裂以及肌肉收缩。    

用光镊捕获成熟的BY-2悬浮培养细胞中的细胞器（通常是线粒体），拉入液泡形成细胞质突起，以研究细胞质组织变化期间肌动蛋白丝运动所涉及的参数，并确定刚度是否是植物细胞质的肌动蛋白相关特性。

上图表明肌动蛋白丝可能通过肌球蛋白运动活动进入这些链。当肌动蛋白丝解聚时，使细胞质突起更容易，而当肌球蛋白运动活动受到抑制时，则更难。下图则评估细胞器是否在细胞质突起中的肌动蛋白丝上发生了主动的细胞器运输，图中显示线粒体在光镊形成的细胞质突起中的运动(共聚焦图像/透射图像)。

激光拉曼光镊研究

拉曼光谱是一种散射光谱，这种分析技术基于光子与物质相互作用时的非弹性散射，非弹性散射的光子具有不同的波长和光谱，其产生的光谱取决于物体的化学组成。生命科学研究中的拉曼光谱用来进行“分子指纹分析”，每种蛋白质都有独特的生化特性，因此能够产生特异的拉曼光谱，可用于细胞和单个活体微生物鉴定和分离、癌症研究等。

如图，MMI CellManipulator光镊技术与拉曼光谱的结合可以用于检测癌细胞中特定蛋白质的上调。

光镊用于实验室芯片设备

将光镊与微流控芯片技术相结合，可用于珍贵细胞的分离与操控，或是用于生物传感器测试。

MMI CellManipulator光镊技术可实现对小细胞群的实时高精度分选。该技术系统使用层流聚焦目标细胞，如图，MMI的光镊可以以非侵入性的方式精确地将细胞移动到目的地。相较于传统的细胞分选技术如流式细胞术，MMI光镊细胞分选在小细胞群体分选中具有回收率高、灵活性强、纯度高等优势。这对生成下游多组学图谱非常关键。

MMI CellManipulator光镊技术的应用不止于此，还可用于以下领域：

结合力的测量

(约束性指标的测量)

可用于DNA研究、粘度测量、抗原-抗体结合力、细菌粘附研究、病毒对细胞粘附的研究、蛋白质折叠力、微流变学实验、相互作用的实验等。

胶体科学

可用于胶体科学中力测量、光学退火和蚀刻和液晶等的研究。

其他材料科学应用

可用于光阱中的化学研究、纳米线和碳纳米管等。

最后

如果您对MMI CellManipulator光镊技术感兴趣，可以联系下方产品经理微信进一步了解，也可咨询您身边的基因人！

基因有限公司是德国MMI公司激光显微切割系统、单细胞挑选系统以及光镊系统在中国区的合作伙伴，负责仪器的售前技术咨询、售后安装培训以及应用支持等工作。

关于基因

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