先进的光镊如何彻底改变细胞操作

光镊(OT)，也称为光阱，是高度聚焦的激光束，可用于以非接触力捕获和操纵微观物体。OT在广泛的纳米和微米级操作中使用，在操纵包括人体细胞在内的生物对象方面变得特别有用。

发表在TheEuropeanPhysicalJournalPlus上的一篇新评论传达了近几十年来OT的最新成就。该评论由中国沉阳东北大学信息科学与工程学院的研究人员—胡胜、叶俊彦、赵勇和朱成亮撰写。

“众所周知，细胞是人类生命的基本单位。如果我们能够理解细胞的突变、增殖和坏死，那么人体内的疾病就会在细胞的水平上被发现和解决，”胡说.“因此，光镊可以被认为是用于限制这些分子的先驱，以便更精确的生物测量可以捕获一个细胞的变化，包括蛋白质、线粒体和DNA。”

作者首先解释了可追溯到詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)工作的OT的起源，以及光尽管没有质量，但可以拥有动量这一事实。因此，光的动量可以在物质中产生机械效应。这个概念后来被发展成小颗粒可以被光学装置悬浮的想法。

作者指出，激光仪器的出现——具有高强度和良好单色特性的相干光——导致了对这种微粒的光学操纵，并在1986年实现了对微粒的稳定捕获。

OTs现在已经发展到可以用来捕获、分类、运输和富集各种生物颗粒的阶段。对于更复杂和精细的任务，单光束现在由声光调制器和电动振动镜等设备支持。

研究人员补充说，现在可以使用OT来配合一种称为“人类亮眼”的新显微镜设置，以显示由微/纳米粒子组成的微观结构。这意味着OT可以充当“人类纤细的手指”，巧妙地抓住这些粒子，而这种人造人眼则在探测它们。

该团队详细介绍了OT提供的优于类似技术的优势，例如原子力显微镜(AFM)、磁镊子(MT)和声镊子(AT)。这些优势包括提供更精细的力强度、它们的非侵入性以及事实上，它们由多个光学元件组成。

这意味着光学操作和OT已在生物学、药理学和临床研究领域等不同领域找到了用途，从分子到细胞的纳米和微粒子。

“考虑到OT的潜在‘现实世界’应用，还有很长的路要走，”胡总结道。“例如，细胞或蛋白质的辐射暴露问题需要改进。此外，实现亚微米级粒子的光学模式稳定性仍然很困难，这反映了复杂的光学调整。尽管这可能会导致混乱，甚至有时会令人沮丧，有趣的生物学表现激励我们促进技术的进步。”