活细胞内生物力学特性的测量需要微创方法。光镊作为一种工具特别有吸引力。它利用光的动量来捕获和操纵微米级或纳米级粒子。由德国明斯特大学的 Cornelia Denz 教授领导的一组研究人员现已开发出一种简化方法来对所研究系统中的光镊进行必要的校准。意大利帕维亚大学的科学家也参与其中。研究结果已发表在《科学报告》杂志上。

研究人员开发简化方法对光镊进行必要的校准 减少测量时间

显微镜中用光学镊子夹住的微粒。插图:固定粒子的图示(放大);红色显示的是所使用的红外激光的光。


校准确保不同样品和不同设备的测量结果具有可比性。在粘弹性介质中校准光镊最有前途的技术之一是所谓的主动-被动校准。这涉及确定所研究样品的变形能力和光镊的力。研究团队现在进一步改进了这种方法,使测量时间减少到只有几秒钟。因此,优化的方法提供了表征活细胞动态过程的可能性。这些不能用更长的测量来研究,因为细胞在测量过程中会自我重组并改变它们的特性。此外,

研究人员开发简化方法对光镊进行必要的校准 减少测量时间

简而言之,执行校准的基本程序如下:将微米或纳米尺寸的颗粒嵌入在显微镜载物台上的粘弹性样品中。样品台的快速而精确的纳米级位移导致光学捕获的粒子振荡。通过测量折射激光,可以记录样品位置的变化,这样就可以得出关于其特性的结论,例如刚度。这通常以不同的振荡频率顺序完成。由明斯特研究小组的博士生 Cornelia Denz 和 Randhir Kumar 领导的团队现在在很宽的频率范围内同时在多个频率上进行测量。这种多频方法可将测量时间缩短至几秒钟。科学家们使用不同浓度的甲基纤维素水溶液作为样品。它们具有与活细胞相似的粘弹性。


背景:活细胞和组织的刚度、粘度和粘弹性等生物力学特性在许多重要的细胞功能中起着至关重要的作用,例如细胞分裂、细胞迁移、细胞分化和组织模式。活细胞的这些特性也可以作为疾病进展的指标。例如,癌症的发生和发展通常伴随着细胞硬度、粘度和粘弹性的变化。


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