用納米光子生物感測器解讀細胞

像人類一樣，同一物種的細胞各有獨特的「個性」。當遇到像病毒這樣的外部刺激時，它們會分泌不同數量的分子，並在不同程度上相互溝通。研究已經表明，相同類型的兩個細胞在進行相同的治療時可能具有不同的行為。

為了了解更多，來自瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員與澳大利亞皇家墨爾本理工大學和洛桑大學合作，研製出了一種光流控裝置，該裝置內部有一個小腔室。這個腔室大約是雨滴大小的千分之一。一個細胞被放置在腔內，然後研究人員可以在不破壞該細胞周圍環境的情況對它進行實時觀察。可以連續監測該細胞的化學分泌物的數量和類型。

該設備已被證明可以連續工作12小時，可能還能運行更長時間，這為研究人員提供了一種強大且新穎的選擇工具。研究結果已發表在Small（「Label-Free Optofluidic Nanobiosensor Enables Real-Time Analysis of Single-Cell Cytokine Secretion」）。

研究人員開發的納米光子生物感測器是一個玻璃載玻片，上面覆蓋著一層薄的金膜，金薄膜上面有數十億個精確排列的納米孔。 （圖片來源：Bo Zhang /瑞士洛桑聯邦理工學院）

一個一個地研究細胞

所有細胞都以它們自己複雜的方式運作著。例如，癌細胞會產生各種激素和蛋白質來擴散並侵入健康組織;免疫細胞會通過分泌一種被稱為細胞因子的化學介質來刺激免疫系統對抗敵人，從而對感染或入侵者作出反應。但是，每個細胞行為背後的實際機制是什麼呢？

關於細胞群是如何運作的，已經進行了許多研究，但我們對個別細胞的行為卻知之甚少。與傳統的顯微鏡兼容，由瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員開發的集成且小型化設備提供了一種新的方法，來深入了解細胞過程和通訊。它也為開發治療癌症和自身免疫性疾病的新療法奠定了基礎。

「例如，我們可以選擇最有效的免疫細胞來對付某種疾病，」該研究的合著者兼EPFL工程學院生物光子系統實驗室負責人Hatice Altug說。

細胞單獨存放，餵養和分析

研究人員開發的納米光子生物感測器是一層玻璃片，上面覆蓋著一層薄的金膜，金薄膜上面有數十億個精確排列的納米孔。小腔室的壁由多孔膜組成，被放在玻片上方。通過微小的微流體通道，該腔室能接收穩定的水和營養物流。溫度和濕度也都經過仔細調整。

該裝置包含有閥門，可讓科學家將一個細胞插入腔室中，並且在這個腔室中放置配體或抗體以識別和捕獲細胞分泌的特定分子。

一個寬頻光源照射在腔室內。由於一種叫做等離子體激元的光學現象，納米孔僅允許一個光波頻率或顏色穿過。當細胞分泌出一個分子時，它就會附著在抗體上，從而改變由納米孔傳輸的頻率。這是識別特定分子的方式。

一個細胞被放置在腔室內，然後研究人員可以實時觀察它而不會破壞其周圍環境。 （圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院）

研究人員利用他們的新技術來研究淋巴瘤細胞中的細胞因子分泌水平。 「直到現在，用於研究單個細胞的方法總是需要熒光分子，」Altug說。「然而這些化合物會干擾細胞的功能，不可能進行實時研究。」 該研究的共同主要作者Maria Soler補充道：「在我們的設備中，每個納米孔都是一個獨立的感測器，因此細胞可以自然沉降在腔室的任何位置，我們可以用同樣的方式來分析它們。」

有許多潛在的應用。「我們的方法可以用來確定腫瘤中最具侵襲性的癌細胞，並確定對患者進行哪種治療方案。」該研究的共同主要作者Xiaokang Li總結說。

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