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研究人員開發出突破性“光鑷”技術：將有助于推進生物醫學研究

2021-04-01 13:25:08來源：cnBeta 關鍵詞：光鑷技術新型材料閱讀量：23915

導讀：光鑷在生物學、醫學和材料科學中被用于組裝和操縱納米粒子如金原子。然而，該技術依賴于被捕獲粒子的折射率和周圍環境的差異性。

　　據外媒報道，由悉尼科技大學(UTS)生物醫學材料和設備研究所的研究人員開發的光鑷技術的重大進展將有助于推動生物醫學研究。就像《星球大戰》中的絕地武士使用“原力”來控制遠處的物體一樣，科學家也可以使用光或“光力”來移動非常小的粒子。

　　光鑷在生物學、醫學和材料科學中被用于組裝和操縱納米粒子如金原子。然而，該技術依賴于被捕獲粒子的折射率和周圍環境的差異性。

　　現在，科學家們則發現了一種新技術，它可以操縱跟背景環境具有相同折射特性的粒子從而克服了一項基本的技術挑戰。

　　“這一突破具有巨大的潛力，尤其是在醫學等領域，”來自UTS的論文首席合著者Fan Wang博士說道，“推動、拉動和測量細胞內微觀物體如DNA鏈或細胞內酶的力量的能力可能會推動對許多不同疾病的理解和治療，比如糖尿病或癌癥。”

　　“用于操縱細胞的傳統機械微探針具有侵襲性，且定位分辨率非常低。他們只能測量細胞膜的硬度，而不能測量細胞內分子馬達蛋白的力，”Wang繼續說道。

　　研究小組開發出的獨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光。

　　克服了這第一個基本挑戰后，該團隊優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：“傳統上，你需要數百毫瓦的激光功率來捕獲一個20納米的金粒子。有了我們的新技術，我們可以用幾十毫瓦的功率就能捕獲一個20納米的粒子。我們的光鑷還為水溶液中的納米粒子達到了創紀錄的高度靈敏度或‘硬度’。值得注意的是，跟老方法相比，這種方法產生的熱量可以忽略不計，所以我們的光鑷有很多優點。”

　　來自新南威爾士大學的Peter Reece博士也是這項研究的論文主要合著者，他稱這項概念驗證研究對于生物研究人員來說是一個越來越復雜的領域的重大進步。

　　“開發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，力探針可以標記到目標細胞內結構和細胞器上從而實現對這些結構的光學操縱。”

　　UTS生物醫學材料與設備研究所(IBMD)所長、主要倫恩合著者之一Jin Dayong教授則表示，這項工作為細胞內生物力學的超分辨率功能成像開辟了新的機會。“IBMD的研究重點是將光子學和材料技術的進展轉化為生物醫學應用，而這種類型的技術開發跟這一愿景非常一致...一旦我們回答了基本的科學問題并發現了光子學和材料科學的新機制，我們就會著手應用它們。這項新進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物體如活細胞和細胞內隔間用于高精度操作和納米級生物力學測量。”

　　(原標題：研究人員開發出突破性“光鑷”技術：將有助于推進生物醫學研究)

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