光镊技术在生物学中的应用新进展

对流体中的微纳米材料、细胞、生物分子等进行高精度、高灵活性、无损伤操控的技术在生物医学、生物化学、纳米科学等领域的发展中有着重要的作用。作为捕获和操控的核心技术,光镊的发展和应用也越来越广泛。本文系统地描述了各类光镊的工作原理和独特功能,阐述了不同光镊技术在生物学上的应用,讨论了它们在生命科学的发展前景。     

动物活体内细胞光操控的研究进展

动物活体环境下单细胞的光操控对于研究细胞的结构和功能,细胞与组织之间的相互作用,以及细胞病变机理、血栓形成机制和肿瘤细胞迁移等生物医学问题具有重要意义。2013年,光镊技术首次应用于活体动物内单细胞的捕获和操控,开辟了活体动物内光学操控新领域。本文就该领域涉及的活体操控技术及近来取得的重要研究进展进行概述,简要分析了实现深度组织内细胞操控所遇到的技术瓶颈并讨论了解决方案。     

光镊和拉曼光镊在生物医学研究中的应用

光镊是由美国科学家Arthur Ashkin于1986年发明的,是一种利用高度汇聚的激光束产生的三维梯度势阱来俘获、操纵微小粒子的技术。因其可俘获、操纵单个细胞,并在细胞和亚细胞层次上为生物医学研究提供方便,近年来,已越来越多地被应用于生物医学研究中。本文在介绍光镊的原理和特点的基础上,阐述了光镊(尤其是拉曼光镊)技术在生物医学领域中的研究进展、现状和展望。     

阵列光镊与微流控芯片技术的结合与应用

在生物医学研究领域中,阵列光镊与微流控芯片的结合已经成为进行细胞操纵、转移以及少量细胞样品分选等方面最有希望的方法之一。光镊技术对样品具有非接触弹性控制、无机械损伤、可无菌操作等优势,以及微流控芯片分析的高效、多功能、微型化、低成本等优势,成为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)的重要研究方面。该文概述了阵列光镊技术的形成与研究现状以及微流控芯片技术的发展与应用现状,分析了在不同阵列光镊形成方法下结合微流控芯片可实现的功能与应用,并对其发展趋势进行了展望。     

单分子光镊技术在生命科学中的应用

单分子光镊技术是近年来发展起来的一种新型的高分辨率光学技术,可以在单分子水平上实时观测并研究生物大分子或复合物相互作用的动态行为。光镊次毫秒级的时间分辨率和皮牛顿的力分辨率可使我们精确获得中间态、折叠速率(两态迁移速率)、作用力、能量、距离等重要的动力学信息;不同于传统的结构生物学方法,光镊实验是在生理条件下进行的,这些优势都使得光镊技术成为生物物理学领域一项不可或缺的技术手段。该文将主要针对这项单分子光学技术的原理及其在生物动力学上的应用和发展前景作简要介绍。     

光镊探索DNA凝聚过程

自从20年前光镊技术被Ashkin、Chu及其同事发明[1],该技术已被应用于各种生物学研究并由此获得丰富信息.例如应力下生物高分子的行为[2],DNA连接酶如何译码或如何消化DNA[3～6],动力蛋白如何沿分子轨道移动[7～8],以及RNA和蛋白质分子如何折叠/展开[9～11].通过对单个分子的操纵,光镊技术可用于探索这些生物系统在分子层面的工作模式.在本期222页,Case等描述了该技术的另一精巧应用.揭示了凝聚子蛋白质如何产生紧凑形式的DNA[12].     

单光镊技术测量红细胞膜弹性新方法的建立

光镊是对生物样品的力学特性进行研究的方便工具.红细胞膜弹性是血液的生理功能指标.利用单光镊技术我们建立了测量红细胞膜弹性的新方法.利用该方法对红细胞的膜弹性进行测量,该结果与国外文献报道的双光镊法测量结果相一致.对不同浓度氧化苯砷(PAO)处理的红细胞膜弹性进行了测量,测量结果表现出浓度与膜弹性之间有明显的线性关系,证实了这种方法的可行性和灵敏性.     

光镊与介电泳微操纵技术

光镊和介电泳技术都是非侵入式微操纵技术,发展迅速,应用广泛。而不同的研究目的需要选择合适的研究手段,鉴于两种技术具有一些相似的特点而又有着不同优势,简要介绍其工作原理,从微粒的俘获、分选、旋转和相关物理量测量等方面进行比较,阐明各自优势所在,并展望光镊和介电泳技术的结合发展。     

单细胞机械性能检测方法与应用研究进展

细胞机械性能与细胞的生理状态与功能存在密切联系。早期对于细胞机械性能的研究受制于技术条件,只能获得细胞群的弹性或剪切模量,使得少量异质细胞的机械表型被淹没。近年来,单细胞机械性能检测技术得到了蓬勃发展。原子力显微镜、微吸管技术、光镊与光学拉伸、磁扭转流变仪与磁镊等单细胞机械性能检测技术展现出非常高的检测精度,但检测通量相对较低。新型微流控高通量检测方法的出现使检测通量呈几何式增长,有望解决大样本快速检测的需求。本文首先综述原子力显微镜、微吸管、光镊与光学拉伸和磁扭转流变仪与磁镊等单细胞机械性能检测技术。在此基础上,重点介绍细胞过孔、剪切诱导细胞变形和拉伸诱导细胞变形3种新兴微流控高通量检测技术的工作原理及最新研究进展,探讨各类方法的优缺点。最后,本文展望单细胞机械性能检测技术的未来发展方向。     

单细胞光学操纵方法研究进展

随着单细胞测序技术的发展,人们对细胞异质性的关注越来越密切.单细胞操纵是研究细胞异质性的前提.基于光与物质的相互作用可以实现细胞的光学操纵,本文主要综述了激光显微切割、光镊、激光诱导前向转移和光流体等光学操纵方法的原理与应用.光学操纵无需接触,对细胞污染小、损伤小,而且易于和其他技术集成,对单细胞操纵和分析具有重要意义.     

细胞激光微操作系统

光镊的发明使得对单细胞的操作成为现实,利用耦合光刀与光镊,建立“细胞激光微操作系统”,可为研究细胞这一特殊的生命形式提供一种切实可行的手段。本文介绍“细胞激光微操作系统”的设计思想和工作原理,以及系统各部分组成及其功能,讨论了系统的特点、性能、应用范围和初步生物学应用研究,并与国际上同类产品的相关功能进行了比较。     

征稿启事

《激光生物学报》是中国遗传学会主办的学术期刊,主要刊登以人类、动物、植物和微生物为实验对象的激光（光）生物学、生物光子学、激光（光）生物医学（含光子中医学、光动力疗法、激光整形美容）、放射生物学（含激光育种、辐射育种、空间育种等）、离子束生物工程及其相关的激光生物技术（含微束照射技术、光镊技术、成像技术、光谱技术、共聚焦扫描显微技术、细胞分流技术等）、仪器研制诸领域基础研究和应用研究方面具有原创性的高水平研究论文、专题综述,     

液晶空间光调制器在生物光学显微中的应用

利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光学显微中的成像光进行实时的相位/振幅调制,不仅可以实现各种传统的生物样品相位显微,而且能够以更复杂的相位调制方式,如螺旋相位滤波,得到新的显微图像。该方式已经和荧光显微、光镊技术结合,丰富了生物显微技术。     

光生物学与光医学中的新技术及其应用

近几年内,光子生物学与光子医学发展非常快,本文主要从四个方面介绍了近期内在光子生物学与光子医学领城内取得的重要进展：(1)双光子技术,可检测胚胎活组织、确定生物的非损伤激发光阈值、对人体肌纤维进行三维成像;(2)光镊技术,用于研究细胞的应变能力、细胞膜的弹性、跟踪并描述单个分子之间的结合以及操纵DNA分子;(3)光学探针技术,检测疾病、研究构象变化;(4)光学成像技术,主要集中介绍对肌动蛋白的成像方面。     

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《激光生物学报》是中国遗传学会主办的学术期刊,主要刊登以人类、动物、植物和微生物为实验对象的激光（光）生物学、生物光子学、激光（光）生物医学（含光子中医学、光动力疗法、激光整形美容）、放射生物学（含激光育种、辐射育种、空间育种等）、离子束生物工程及其相关的激光生物技术（含微束照射技术、光镊技术、成像技术、光谱技术、共聚焦扫描显微技术、     

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“中国遗传学会第十届全国激光生物学学术会议”将在武汉召开

会议主题 激光生物学的发展和应用 1学术报告： 大会将邀请院士和特聘教授等作特邀报告和专题报告,并安 排分组交流。第一分会场：包括激光生物学和生物光子学的基础研究,激光生物技术（含微束照射技术、光镊技术、成像技术、光谱技术、共聚焦扫描显微技术、细胞分流技术等）及其仪器的研制、应用。