物理学家利用光学陷阱捕获生物细胞

直到最近，如果科学家们想在显微镜下研究血细胞、藻类或细菌，他们还必须将这些细胞贴装在诸如玻璃片之类的基底上。而比勒费尔德和法兰克福的大学的物理学家已经开发了一种方法，用激光束捕获生物细胞，并以非常高的分辨率进行相关研究。在科幻小说和电影中，这个原理被称为“牵引光束”，使用这种方法，物理学家已经获得单菌DNA的超分辨图像。物理学家Robin Diekmann和他的同事们在《自然通讯》杂志最新一期出版的研究中发表了该研究的相关成果。 d|W=_7z  
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　　在显微镜下研究生物细胞，研究人员所面临的一个问题是，任何所准备的治疗方式都会改变细胞。许多细菌喜欢在溶液中自由游动。血细胞也是相似的：他们是连续且快速流动的，而不是停留在表面上的。而事实上，如果把它们固定在一个表面上就会改变他们的结构，他们就会死掉。 pnL[FMc  
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　　“我们的这种新的研究方法允许我们不用将细胞固定在基底表面上，然后可以使用一个光阱以一种非常高的分辨率来研究它们。这些细胞是由一种光学牵引梁保持在一个地方的。这种激光束的原理是和在电视剧《星际迷航》见到的那种很相似，” Thomas Huser教授说。他是物理系生物光子学研究组的组长。“特别的是，样品不仅不用基板进行固定，他也可以被翻转和旋转。激光束的功能是作为显微镜进行小范围调整的一个扩展的辅助。 
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　　比勒费尔德物理学家进一步开发超分辨率荧光显微镜的使用过程。这被认为是生物学和生物医学的一项关键技术，因为它提供了一种在一个高度规模化情况下研究活体细胞生活生物过程的方法，在目前这种研究还只能在电子显微镜下实现。为了获得这样的显微镜的图像，研究人员将荧光探针添加到他们希望研究的细胞中，然后这些细胞会在激光束的指向下被点亮。然后，一个传感器可以用来记录这种荧光辐射，使研究人员甚至可以获得的该细胞的三维图像。 R7h3O0@!  
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　　在他们的这种新的方法中，比勒费尔德的研究人员使用第二个激光束作为一个光学陷阱，使细胞在显微镜下可浮动，并可以按研究人员的意志进行移动。“激光束是非常密集的，但肉眼是看不到的，因为它使用的是红外线，” Robin Diekmann说，他是生物光子学研究小组的成员。“当激光束指向一个细胞时，把它放在光束的焦点位置，细胞内会产生力，”Diekmann说。使用他们的这种新方法，比勒费尔德大学的物理学家已经成功地实现了细胞的保持和旋转状态，并以这样一种方式，他们可以从几个侧面获得的该细胞的图像。由于旋转，研究人员可以获得分辨率大约为0.0001毫米的DNA的三维结构。 6u`$a&dR'l  
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　　Huser教授和他的团队希望进一步修改的这种研究方法，这将使他们能够观察活细胞之间的相互作用。然后，他们将能够研究，例如，细菌是如何穿透细胞等过程。 J5<16}*  
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　　为了开发新的方法，勒费尔德大学的科学家们与Mike Heilemann教授和来自沃尔夫冈歌德法兰克福大学的Christoph Spahn一起合作进行研究。