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爆冷获得诺贝尔物理学奖的光镊技术有什么用？
光镊技术的诞生 光镊是一种通过高聚焦激光束产生动力来移动微小物体的装置，其相应的技术称作光学捕捉（Optical Trapping）。2018年，美法加三学者（Arthur Ashkin、Gerard Mourou、Donna Strickland）由于对光镊技术的贡献，同获诺贝尔物理学奖。这种技术利用光的辐射压力，可以精确捕获并操纵活细胞、病毒颗粒、甚至更微小的双链DNA，测量细胞内活动，以研究核酸-蛋白相互作用、分子马达机制、细胞膜动力学、细胞结构和运输等。本文将介绍MMI CellManipulator激光光镊技术在细胞间相互作用和结合力研究、细胞内操控、分子马达研究、珍贵细胞的分离和操控以及光镊拉曼光谱学方向的应用。 光镊技术是基于光辐射压力与单光束梯度力光阱形成的，由于光镊具有“精细入微，轻拿轻放”的特点，因此在光镊的诞生之初就与生物学和医学结下了不解之缘。有的科学家利用光镊抓住两个细胞，操控它们亲密接触，也有的科学家利用光镊像理毛线球一样，打开了一串叠加在一起的蛋白质。在研究病毒时，光镊更是一把利器，病毒会因为随机的热运动而到处乱跑，带来了不少的麻烦，而有了光镊就能够牢牢的抓住病毒，还不用担心病毒会因此损伤，接下来就可以把病毒放在细胞旁或细胞内，观察它是如何入侵细胞，又是如何导致细胞死亡的，病毒的所作所为一目了然。 光镊与宏观的机械镊子相比具有不可比拟的优越性，光镊对微粒的操控是非接触式，不会对细胞造成机械损伤，这使得光镊系统在生物学和医学领域的研究显得尤为重要。首先，光镊捕获微粒的尺度在几十纳米到几十微米，正好是细胞、细胞器以及生物大分子的尺度范围。其次，光镊的温和操控不会损伤细胞，虽然激光会产生热，但可以通过选择合适的波长，避开细胞对光的吸收波长，将热效应降到最低。另外，由于大部分细胞膜是透明的，光可以穿过细胞膜操控细胞内部微粒，这是其他研究方法无法做到的。 MMI CellManipulator光镊技术的应用
MMI CellManipulator光镊技术可对微观颗粒，单个活细胞或亚细胞进行超精确且无接触的操作，同时可以测量细胞的活性。MMI光镊技术可以同时或分别在XYZ三个维度上完成固定、移动、旋转、结合、分离、拉伸或以其他方式操纵多达2×10个微观样品。激光的波长不会干扰活体细胞的完整性。细胞分选和细胞定位也可以与象限检测器一起完成，从而可以在亚细胞水平上测量结合力或粘度。自动象限检测器校准程序可进行力-距离测量，即所谓的力谱法。 NO.1 细胞间相互作用和结合力的研究 图A: 1,分离两个细胞; 2,光镊使细胞进行接触; 3,细胞间互作研究 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。 NO.2 使用光镊进行细胞内的研究 图B: 1,贴壁细胞; 2,细胞吞噬微粒; 3,细胞核凹陷 MMI CellManipulator光镊技术的最早应用之一是操纵细胞内的叶绿体和细胞核等微粒，并检测活细胞内塑性流动的粘弹性质等。 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。由此可见，研究者可以使用MMI光镊系统研究有关细胞核的特性。 NO.3 分子马达的研究 图C: 1,单一光阱下的运动研究; 2,双重光阱下的运动研究 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。 随着技术不断进步，MMI CellManipator的光阱能够合成多达10个独立的光学陷阱，并在低于pN分辨率的情况下测量蛋白质的马达动力。为了测量这些力，需要将感兴趣的分子连接在两个点上：一端连接到一个小的微粒上，另一端连接到一个固定的底物上，或者在一个单独的光阱中连接另一个微粒。图C展示了研究蛋白马达的两个典型应用：1.测量动力蛋白马达蛋白沿微管运输小泡的失速力；2.利用双光阱研究肌动蛋白的相互作用。 NO.4 珍贵细胞的分离与操控 图D: 珍贵细胞混合后进行分离和富集 珍贵细胞的分离与操控，将光镊与微流控芯片技术相结合。具有高回收率和高纯度的珍贵细胞的分离和操控是生成下游多组学图谱的关键。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，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。 NO.5 使用光镊进行拉曼光谱研究 图E: 1,捕获感兴趣的粒子; 2,观察拉曼位移 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。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。 结语
MMI CellManipulator光镊技术适用于多个应用场景，这套系统高度模块化，可以安装在从入门级，中端到高端仪器的众多显微镜品牌上。MMI CellManipulator也可以与所有其他MMI工具灵活地组合在一起，例如MMI CellEctor可以选择性的分离单个细胞，或MMI CellCut用于精确的激光显微切割。此外，MMI CellManipulator可以与所有MMI系统集成在同一个显微镜平台上，该平台可以通过拉曼光谱实现进一步扩展。请随时与我们联系以配置您的定制系统。 基因有限公司与MMI 德国Molecular Machine & Industries (MMI)是专门致力于将显微操作技术与高精度激光技术相结合应用于生命科学领域的一家专业公司，1992年推出的MMI CellManipulator是为数不多的商用光镊系统之一，其背后的悠久历史和成功应用使其成为科学界可靠、有效的光镊工具。基因有限公司作为MMI在中国区合作伙伴，可为感兴趣的客户提供专业的产品咨询、技术答疑、售后安装、应用培训、联系试用等。 扫描二维码了解详情 关于基因 基因有限公司成立于1992年，是一家提供生命科学科研仪器、试剂耗材和技术服务的综合服务商。基于“Gene Brightens Every Life • BioTech Connects the World”——“基因燃亮生命 • 生物技术连接世界”的愿景，专注于生命科学领域前沿技术的引进和推广，致力于推动该领域国内科研机构硬件水平及实验方案的革新与升级。同时，公司也一直致力于自主品牌的科研设备的研发与生产，拥有一系列通用性强、互补性高的自主品牌产品。 基因的服务网络遍及全国各地十多个大中城市，拥有包括仪器销售，试剂销售，市场与技术支持，维修，客服，物流等多个部门组成的完整服务体系。 我们希望通过不懈努力，为您的成功铺路搭桥，也为中国的生命科学事业赶超世界先进水平尽一己之力。欲了解更多信息，请访问www.genecompany.cn。
