研究人员开发出突破性“光镊”技术：将有助于推进生物医学研究

据外媒报道，由悉尼科技大学(UTS)生物医学材料和设备研究所的研究人员开发的光镊技术的重大进展将有助于推动生物医学研究。就像《星球大战》中的绝地武士使用“原力”来控制远处的物体一样，科学家也可以使用光或“光力”来移动非常小的粒子。这种被称为“光镊”的开创性激光技术的发明者曾获得了2018年诺贝尔物理学奖。

光镊在生物学、医学和材料科学中被用于组装和操纵纳米粒子如金原子。然而，该技术依赖于被捕获粒子的折射率和周围环境的差异性。

现在，科学家们则发现了一种新技术，它可以操纵跟背景环境具有相同折射特性的粒子从而克服了一项基本的技术挑战。

“这一突破具有巨大的潜力，尤其是在医学等领域，”来自UTS的论文首席合著者Fan Wang博士说道，“推动、拉动和测量细胞内微观物体如DNA链或细胞内酶的力量的能力可能会推动对许多不同疾病的理解和治疗，比如糖尿病或癌症。”

“用于操纵细胞的传统机械微探针具有侵袭性，且定位分辨率非常低。他们只能测量细胞膜的硬度，而不能测量细胞内分子马达蛋白的力，”Wang继续说道。

研究小组开发出的独特方法通过掺杂稀土金属离子的纳米晶体来控制纳米粒子的折射特性和发光。

克服了这第一个基本挑战后，该团队优化了离子的掺杂浓度从而以更低的能量水平捕获纳米粒子并将效率提高了30倍。

另一位研究员Xuchen Shan说道：“传统上，你需要数百毫瓦的激光功率来捕获一个20纳米的金粒子。有了我们的新技术，我们可以用几十毫瓦的功率就能捕获一个20纳米的粒子。我们的光镊还为水溶液中的纳米粒子达到了创纪录的高度灵敏度或‘硬度’。值得注意的是，跟老方法相比，这种方法产生的热量可以忽略不计，所以我们的光镊有很多优点。”

来自新南威尔士大学的Peter Reece博士也是这项研究的论文主要合著者，他称这项概念验证研究对于生物研究人员来说是一个越来越复杂的领域的重大进步。

“开发一种高效的纳米力探针的前景是非常令人兴奋的。我们的希望是，力探针可以标记到目标细胞内结构和细胞器上从而实现对这些结构的光学操纵。”

UTS生物医学材料与设备研究所(IBMD)所长、主要伦恩合著者之一Jin Dayong教授则表示，这项工作为细胞内生物力学的超分辨率功能成像开辟了新的机会。“IBMD的研究重点是将光子学和材料技术的进展转化为生物医学应用，而这种类型的技术开发跟这一愿景非常一致...一旦我们回答了基本的科学问题并发现了光子学和材料科学的新机制，我们就会着手应用它们。这项新进展将使我们能够使用低功耗和低侵入性的方法捕获纳米级物体如活细胞和细胞内隔间用于高精度操作和纳米级生物力学测量。”