新研究

我国藻类细胞微型机器人研究又进一步

国际学术期刊Lab on a Chip 于6月21日以封面论文形式刊载了沈阳自动化研究所在微型机器人和生物驱动领域的最新研究成果——基于活细胞的可编程微米级电机阵列（Programmable micrometer-sized motor array based on live cells）。

藻类细胞是一类在水中自由游动的微生物，长度通常为十微米至几十微米。从工程学角度看藻类细胞如同微型机器人，它具有感知和驱动能力，能够从周围液体环境中获取能量，并高效地将化学能转化为其鞭毛的机械能，推动细胞自由游动。藻类细胞在水中都是任意游动的，如何实现其机器人化运动及向外界做功是生物学与机器人学交叉领域的难点问题。

此次论文介绍了如何实现藻类细胞的阵列化旋转。结合光诱导介电泳技术（ODEP），建立了藻类细胞在ODEP微环境中的转动状态模型和受力模型，实现了对藻类细胞的快速捕获及阵列化旋转，且通过改变光强可有效调节细胞旋转速度。构建的藻类细胞旋转阵列有望作为微尺度马达阵列，在微流控及生物驱动领域发挥重要作用。

超灵敏纳米光纤“听”到细胞跳动

5月15日《自然·光子学》杂志发表了美国加州大学圣地亚哥分校研究人员的一项研究成果——一种超灵敏纳米光纤，其灵敏度高出原子力显微镜10倍，能够收集并量化微弱的力和声音，可以感受到细菌移动产生的力量，能“听”到心肌细胞跳动的声音。

这种纳米光纤直径只有人类头发的1%，由二氧化锡纤维制成，表面涂覆聚乙二醇薄层，并掺杂金纳米粒子。当被光线照射时，金纳米粒子会与光相互作用，将光散射。这些光信号以特定强度出现，可以用传统显微镜观察到。当光纤被置于含有活细胞的溶液中时，来自细胞的力或声波会撞击金纳米粒子，将它们推入聚乙二醇涂层，从而更接近光纤，粒子与光的相互作用会更强烈，产生的光信号会更强。通过对光信号进行分析，研究人员可检测出光纤从周围细胞拾取的力或声音的强度。

该装置的关键是聚乙二醇涂层，它就像一个弹簧垫，要足够灵敏才能被细胞产生的微弱的力或声波压缩到不同的厚度，而这一涂层是可以调整的，涂层越硬可测量的力越大。

当把该装置放置在含有活幽门螺旋杆菌的溶液中时，可以检测到160fN的力，这也是幽门螺旋杆菌在肠道中移动产生的力量。若放置在小鼠心肌细胞的培养液中，则能检测到心肌细胞跳动的声音，比人耳所能听到的最弱音量还要低1000倍。

在科学研究和工业界广泛使用的扫描力显微镜，其基础就是原子力显微镜，其缺点是成像范围太小、速度慢、受探头影响太大。而这种新研制的超灵敏探测装置为研究微弱力提供了更为有力支持。不仅能够收集还能量化；比原子力显微镜更灵敏也更小巧，今后在细胞分析与检测领域有可能出现较大的技术突破。

研究人员计划未来使用这种纳米光纤来测量单个细胞的生物活性和机械行为；改善这种光纤的“听力”，以创建超灵敏的生物听诊器，并用于开发新的成像技术。