我國藻類細(xì)胞微型機器人研究又進(jìn)一步

國際學(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自動化研究所在微型機器人和生物驅(qū)動領(lǐng)域的最新研究成果——基于活細(xì)胞的可編程微米級電機陣列（Programmable micrometer-sized motor array based on live cells）。

藻類細(xì)胞是一類在水中自由游動的微生物，長度通常為十微米至幾十微米。從工程學(xué)角度看藻類細(xì)胞如同微型機器人，它具有感知和驅(qū)動能力，能夠從周圍液體環(huán)境中獲取能量，并高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其鞭毛的機械能，推動細(xì)胞自由游動。藻類細(xì)胞在水中都是任意游動的，如何實現(xiàn)其機器人化運動及向外界做功是生物學(xué)與機器人學(xué)交叉領(lǐng)域的難點問題。

此次論文介紹了如何實現(xiàn)藻類細(xì)胞的陣列化旋轉(zhuǎn)。結(jié)合光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)（ODEP），建立了藻類細(xì)胞在ODEP微環(huán)境中的轉(zhuǎn)動狀態(tài)模型和受力模型，實現(xiàn)了對藻類細(xì)胞的快速捕獲及陣列化旋轉(zhuǎn)，且通過改變光強可有效調(diào)節(jié)細(xì)胞旋轉(zhuǎn)速度。構(gòu)建的藻類細(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)動領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

超靈敏納米光纖“聽”到細(xì)胞跳動

5月15日《自然·光子學(xué)》雜志發(fā)表了美國加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員的一項研究成果——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)菌移動產(chǎn)生的力量，能“聽”到心肌細(xì)胞跳動的聲音。

這種納米光纖直徑只有人類頭發(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，金納米粒子會與光相互作用，將光散射。這些光信號以特定強度出現(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，來自細(xì)胞的力或聲波會撞擊金納米粒子，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更強烈，產(chǎn)生的光信號會更強。通過對光信號進(jìn)行分析，研究人員可檢測出光纖從周圍細(xì)胞拾取的力或聲音的強度。

該裝置的關(guān)鍵是聚乙二醇涂層，它就像一個彈簧墊，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，涂層越硬可測量的力越大。

當(dāng)把該裝置放置在含有活幽門螺旋桿菌的溶液中時，可以檢測到160fN的力，這也是幽門螺旋桿菌在腸道中移動產(chǎn)生的力量。若放置在小鼠心肌細(xì)胞的培養(yǎng)液中，則能檢測到心肌細(xì)胞跳動的聲音，比人耳所能聽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)胞分析與檢測領(lǐng)域有可能出現(xiàn)較大的技術(shù)突破。

研究人員計劃未來使用這種納米光纖來測量單個細(xì)胞的生物活性和機械行為；改善這種光纖的“聽力”，以創(chuàng)建超靈敏的生物聽診器，并用于開發(fā)新的成像技術(shù)。