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2017-05-31 15:44 |
利用激光全息技術控制生物細胞的三維行為
由韓國科學技術院物理系的YongKeun Park教授領導的一個研究小組開發(fā)了一種光學操縱技術，其可以自由地控制具有復雜形狀的微觀樣品的位置，方向和形狀。這項研究已經在線發(fā)表在了5月22日的《自然*通訊》雜志上。 #u3E{ NB
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被稱為“光鑷”的傳統(tǒng)的光學操縱技術，已經作為一個寶貴的工具被用在了對微觀粒子施加微小的力和操縱微粒的三維（3-D）位置。光鑷采用一個緊密聚焦的激光器，其光束直徑小于1微米（頭發(fā)絲直徑的1/100），它可以在鄰近的微觀粒子上產生使其向光束聚焦點移動的引力。控制光束焦點的位置使研究者能夠抓住粒子并自由地移動到其他位置，因此他們創(chuàng)造了“光鑷”這個名字，并將其廣泛地應用于物理和生物學研究的各個領域。 N]-skz<v
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到目前為止，大多數(shù)使用光鑷的實驗捕獲的都是球形粒子，因為物理原理可以很容易地預測光學力和微球的響應運動。然而，對于具有復雜的形狀的捕獲對象來說，傳統(tǒng)的光鑷會引起這些顆粒發(fā)生不穩(wěn)定的運動，而對這些物體的朝向的控制也變得很有限了，這阻礙了對具有復雜形狀的微觀物體如活細胞的三維運動的控制。 zm3$)*p1
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該研究小組開發(fā)出了一種新的光學操作技術，其可以捕捉任意形狀的復雜物體。這種技術首先用三維全息顯微鏡測量物體的三維結構，三維全息顯微鏡具有和X-射線CT成像相同的物理原理。基于所測物體的三維形狀，研究人員精確計算出了能夠穩(wěn)定控制物體的光的形狀。當光的形狀與物體的形狀相同時，物體的能量被最小化，從而為具有復雜形狀的物體提供了穩(wěn)定的束縛。 "q
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此外，通過控制光的形狀，使其具有物體的不同位置，方向和形狀，有可能可以自由地控制物體的三維運動，并使該對象具有所需的形狀。這個過程類似于生成一個用來鑄造所需形狀的雕像的模具，所以研究人員為該技術創(chuàng)造了一個名字——“用于光捕獲的斷層模具（TOMOTRAP）。”該團隊成功地穩(wěn)定地捕獲了單個人類紅細胞，并使它朝著期望的方向旋轉，將它折疊成L形，以及將兩個血紅細胞組裝在一起形成新的結構。此外，具有復雜的結構的結腸癌細胞也可以被穩(wěn)定地捕獲和在所需的取向上旋轉。所有這些都是用常規(guī)的光學技術難以實現(xiàn)的。 lUdk^7:M
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Park教授說：“我們的技術可以在預先不知道關于物體的形狀和光學特性信息的情況下，具有控制復雜形狀物體的三維運動的優(yōu)點，其可以應用于物理、光學、納米技術和醫(yī)學等各個領域�！� #e1iYFgS
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該論文的主要作者Kyoohyun Kim博士指出該技術能引起生物細胞的受控形變，以形成所需的形狀。”Kim補充說：“這種方法也可以應用在細胞水平的手術的實時監(jiān)測上，用于細胞和亞細胞器的捕獲和變形�！� @}pcj2K#
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原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2017/05/170525100307.htm，實驗幫譯。
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