新研究

我國藻類細胞微型機器人研究又進一步

國際學術期刊Lab on a Chip 于6月21日以封面論文形式刊載了沈陽自動化研究所在微型機器人和生物驅動領域的最新研究成果——基于活細胞的可編程微米級電機陣列（Programmable micrometer-sized motor array based on live cells）。

藻類細胞是一類在水中自由游動的微生物，長度通常為十微米至幾十微米。從工程學角度看藻類細胞如同微型機器人，它具有感知和驅動能力，能夠從周圍液體環境中獲取能量，并高效地將化學能轉化為其鞭毛的機械能，推動細胞自由游動。藻類細胞在水中都是任意游動的，如何實現其機器人化運動及向外界做功是生物學與機器人學交叉領域的難點問題。

此次論文介紹了如何實現藻類細胞的陣列化旋轉。結合光誘導介電泳技術（ODEP），建立了藻類細胞在ODEP微環境中的轉動狀態模型和受力模型，實現了對藻類細胞的快速捕獲及陣列化旋轉，且通過改變光強可有效調節細胞旋轉速度。構建的藻類細胞旋轉陣列有望作為微尺度馬達陣列，在微流控及生物驅動領域發揮重要作用。

超靈敏納米光纖“聽”到細胞跳動

5月15日《自然·光子學》雜志發表了美國加州大學圣地亞哥分校研究人員的一項研究成果——一種超靈敏納米光纖，其靈敏度高出原子力顯微鏡10倍，能夠收集并量化微弱的力和聲音，可以感受到細菌移動產生的力量，能“聽”到心肌細胞跳動的聲音。

這種納米光纖直徑只有人類頭發的1%，由二氧化錫纖維制成，表面涂覆聚乙二醇薄層，并摻雜金納米粒子。當被光線照射時，金納米粒子會與光相互作用，將光散射。這些光信號以特定強度出現，可以用傳統顯微鏡觀察到。當光纖被置于含有活細胞的溶液中時，來自細胞的力或聲波會撞擊金納米粒子，將它們推入聚乙二醇涂層，從而更接近光纖，粒子與光的相互作用會更強烈，產生的光信號會更強。通過對光信號進行分析，研究人員可檢測出光纖從周圍細胞拾取的力或聲音的強度。

該裝置的關鍵是聚乙二醇涂層，它就像一個彈簧墊，要足夠靈敏才能被細胞產生的微弱的力或聲波壓縮到不同的厚度，而這一涂層是可以調整的，涂層越硬可測量的力越大。

當把該裝置放置在含有活幽門螺旋桿菌的溶液中時，可以檢測到160fN的力，這也是幽門螺旋桿菌在腸道中移動產生的力量。若放置在小鼠心肌細胞的培養液中，則能檢測到心肌細胞跳動的聲音，比人耳所能聽到的最弱音量還要低1000倍。

在科學研究和工業界廣泛使用的掃描力顯微鏡，其基礎就是原子力顯微鏡，其缺點是成像范圍太小、速度慢、受探頭影響太大。而這種新研制的超靈敏探測裝置為研究微弱力提供了更為有力支持。不僅能夠收集還能量化；比原子力顯微鏡更靈敏也更小巧，今后在細胞分析與檢測領域有可能出現較大的技術突破。

研究人員計劃未來使用這種納米光纖來測量單個細胞的生物活性和機械行為；改善這種光纖的“聽力”，以創建超靈敏的生物聽診器，并用于開發新的成像技術。