用「光鑷子」操作細胞

改進後的光鑷技術可以用來操作形狀不規則的物體。

由韓國科學技術院物理系教授朴永昆（YongKeun Park）所帶領的團隊研製出了一套新的光學調控技術。這項技術有了新突破，可用於調控具有複雜形狀的微小樣本的位置、方向、形態。研究於5月22日發表在《自然通訊》（Nature Communications）。

傳統的光學調控技術，即「光鑷」技術（optical tweezers），被廣泛的應用於物理與生物的研究領域。這種操作過程類似於魔法的技術可以通過調節直徑為一微米（頭髮厚度的1/100）的激光束，調控粒子在空間中的位置。

由於激光束能對臨近微觀粒子施加指向光束方向的吸引力，因此研究人員給這項能自由調控粒子位置的技術取名為「光鑷」。

迄今為止，光鑷技術主要被用於束縛球形粒子。根據物理原理，利用光鑷技術預測微觀球狀物體與光的作用及過程中帶來的運動相對容易。對於複雜形狀的物體，傳統的光鑷技術則不能維持粒子的穩定狀態，在控制具有複雜形狀的物體運動（如活細胞）的運用中受到了限制。

朴教授的團隊研製出一套可用於束縛任意複雜形態物體的新型光學調控技術。在電子計算機斷層掃描技術（Computed Tomography)相同的原理基礎上，光鑷技術先由3維全息顯微鏡測量出物體的空間結構。

通過分析物體的空間結構信息，研究人員精確地算出用於穩定調控物體的激光束狀態。當光束狀態與物體形狀匹配時，物體處在最低能量態，即此時光束可穩定的束縛具有複雜結構的物體。

除此之外，研究人員通過對光束狀態的調控可實現對物體運動方式的自由控制並取得任意物體形狀。由於技術過程與製造用於鑄造雕像的模具流程類似，因此研究人員給這項技術取名為「光束縛X線層析模（tomographic mold for optical trapping TOMOTRAP)。」

團隊成功地取得了以傳統光學技術難以實現的實驗成果，包括：穩定捕獲血紅細胞，及沿任意方向旋轉細胞，對細胞進行L型摺疊，裝配具有新結構的紅細胞對。同時，對具有複雜結構的腸癌細胞也實現了相關進展。

朴教授表示：「我們的技術能在不了解具體的物體形狀以及其光學性質的條件下調控複雜物體的3維運動狀態，可被廣泛地應用於物理、光學、納米技術、醫學科學領域。」

研究的重要作者金昆允（Kyoohyun Kim）博士指出，這項技術可用於獲得可控任意形態的生物細胞。「通過捕獲細胞以及分析細胞形變，TOMOTRAP技術也可用於對細胞水平手術預後的實時監測。」

翻譯 劉璋誠

審稿 趙昌昊

原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2017/05/170525100307.htm

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