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近日，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院細(xì)胞生物力學(xué)團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究團(tuán)隊(duì)與美國伊利諾伊大學(xué)和科羅拉多大學(xué)的團(tuán)隊(duì)合作，共同開發(fā)了一種微型機(jī)器探針，用于原位測(cè)量細(xì)胞硬度和細(xì)胞牽引力原位測(cè)量。

細(xì)胞硬度和細(xì)胞牽引力是細(xì)胞力學(xué)屬性的兩個(gè)重要表征，在細(xì)胞的鋪展、增殖和分化等方面有著重要影響。目前科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了多種方法測(cè)量細(xì)胞硬度和細(xì)胞牽引力。細(xì)胞硬度可利用原子力顯微鏡、光鑷、細(xì)胞磁力扭曲儀等儀器測(cè)量，而測(cè)量細(xì)胞牽引力可使用牽引力顯微術(shù)、液滴法、彈性微球等方法。

然而上述方法只能單一測(cè)量細(xì)胞硬度或細(xì)胞牽引力，無法同時(shí)測(cè)量兩種力學(xué)屬性。而細(xì)胞的力學(xué)屬性在生命活動(dòng)過程中是動(dòng)態(tài)變化的，只有在同一位置同時(shí)檢測(cè)細(xì)胞硬度和牽引力，才能夠更全面地認(rèn)識(shí)細(xì)胞力學(xué)屬性的影響。

同時(shí)測(cè)量細(xì)胞硬度和細(xì)胞牽引力的難點(diǎn)在于這兩種力學(xué)屬性的測(cè)量對(duì)探針的要求是背道而馳的。測(cè)量細(xì)胞硬度要求探針有足夠的硬度，從而避免探針發(fā)生形變影響精確性；而測(cè)量細(xì)胞牽引力則要求探針在牽引力作用下能夠發(fā)生形變。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種高硬度的微型機(jī)器探針。該探針由包裹在聚乙二醇凝膠中的鉑-鈷合金的十字架制備而成。十字架在強(qiáng)磁場(2.9T磁共振成像儀)的作用下被磁化。在較弱的交變磁場的驅(qū)動(dòng)下(10高斯量級(jí))，整個(gè)探針發(fā)生運(yùn)動(dòng)，探針的運(yùn)動(dòng)可以反映細(xì)胞或組織的硬度。而用紫外光對(duì)微型機(jī)器探針照射特定的時(shí)長，探針可以變軟，從而在細(xì)胞牽引力的作用下發(fā)生形變，根據(jù)形變程度可計(jì)算牽引力的大小。

微型機(jī)器探針示意圖

在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)分別利用小鼠黑色素瘤B16細(xì)胞、斑馬魚胚胎、小鼠胚胎細(xì)胞進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并取得了一定成果。

目前使用這種微型機(jī)器人探針仍有幾個(gè)限制。例如，由于對(duì)凝膠球體和十字架尺寸的控制以及它們?cè)谖⒛z中心的定位具有高度可變性，因此可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。當(dāng)存在高可變性時(shí)，設(shè)備校準(zhǔn)成為一項(xiàng)要求。此外，將兩種測(cè)量類型組合用于一個(gè)探針也可能產(chǎn)生誤差，特別是因?yàn)槲⒛z需要用紫外線軟化。但是這種技術(shù)對(duì)于觀察細(xì)胞在發(fā)育過程中的動(dòng)態(tài)特性仍然具有很大的價(jià)值。

(資料來源：華中科技大學(xué)生命與科學(xué)技術(shù)學(xué)院)

關(guān)鍵詞： 微型機(jī)器 原位測(cè)量 團(tuán)隊(duì)合作