日前，由悉尼科技大學(xué)(UTS)生物醫(yī)學(xué)材料和設(shè)備研究所的研究人員開發(fā)的光鑷技術(shù)的重大進(jìn)展將有助于推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)研究。就像《星球大戰(zhàn)》中的絕地武士使用“原力”來控制遠(yuǎn)處的物體一樣，科學(xué)家也可以使用光或“光力”來移動(dòng)非常小的粒子。這種被稱為“光鑷”的開創(chuàng)性激光技術(shù)的發(fā)明者曾獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

光鑷在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)中被用于組裝和操縱納米粒子如金原子。然而，該技術(shù)依賴于被捕獲粒子的折射率和周圍環(huán)境的差異性。 

現(xiàn)在，科學(xué)家們則發(fā)現(xiàn)了一種新技術(shù)，它可以操縱跟背景環(huán)境具有相同折射特性的粒子從而克服了一項(xiàng)基本的技術(shù)挑戰(zhàn)。

“這一突破具有巨大的潛力，尤其是在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，”來自UTS的論文首席合著者Fan Wang博士說道，“推動(dòng)、拉動(dòng)和測(cè)量細(xì)胞內(nèi)微觀物體如DNA鏈或細(xì)胞內(nèi)酶的力量的能力可能會(huì)推動(dòng)對(duì)許多不同疾病的理解和治療，比如糖尿病或癌癥�！�

“用于操縱細(xì)胞的傳統(tǒng)機(jī)械微探針具有侵襲性，且定位分辨率非常低。他們只能測(cè)量細(xì)胞膜的硬度，而不能測(cè)量細(xì)胞內(nèi)分子馬達(dá)蛋白的力，”Wang繼續(xù)說道。

研究小組開發(fā)出的獨(dú)特方法通過摻雜稀土金屬離子的納米晶體來控制納米粒子的折射特性和發(fā)光。

克服了這第一個(gè)基本挑戰(zhàn)后，該團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了離子的摻雜濃度從而以更低的能量水平捕獲納米粒子并將效率提高了30倍。

另一位研究員Xuchen Shan說道：“傳統(tǒng)上，你需要數(shù)百毫瓦的激光功率來捕獲一個(gè)20納米的金粒子。有了我們的新技術(shù)，我們可以用幾十毫瓦的功率就能捕獲一個(gè)20納米的粒子。我們的光鑷還為水溶液中的納米粒子達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的高度靈敏度或‘硬度’。值得注意的是，跟老方法相比，這種方法產(chǎn)生的熱量可以忽略不計(jì)，所以我們的光鑷有很多優(yōu)點(diǎn)�！�

來自新南威爾士大學(xué)的Peter Reece博士也是這項(xiàng)研究的論文主要合著者，他稱這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究對(duì)于生物研究人員來說是一個(gè)越來越復(fù)雜的領(lǐng)域的重大進(jìn)步。

“開發(fā)一種高效的納米力探針的前景是非常令人興奮的。我們的希望是，力探針可以標(biāo)記到目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器上從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這些結(jié)構(gòu)的光學(xué)操縱。”

UTS生物醫(yī)學(xué)材料與設(shè)備研究所(IBMD)所長、主要倫恩合著者之一Jin Dayong教授則表示，這項(xiàng)工作為細(xì)胞內(nèi)生物力學(xué)的超分辨率功能成像開辟了新的機(jī)會(huì)。“IBMD的研究重點(diǎn)是將光子學(xué)和材料技術(shù)的進(jìn)展轉(zhuǎn)化為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，而這種類型的技術(shù)開發(fā)跟這一愿景非常一致...一旦我們回答了基本的科學(xué)問題并發(fā)現(xiàn)了光子學(xué)和材料科學(xué)的新機(jī)制，我們就會(huì)著手應(yīng)用它們。這項(xiàng)新進(jìn)展將使我們能夠使用低功耗和低侵入性的方法捕獲納米級(jí)物體如活細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)隔間用于高精度操作和納米級(jí)生物力學(xué)測(cè)量�！�

該研究發(fā)表在《自然納米技術(shù)》上。

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