用纳米光子生物传感器解读细胞

像人类一样，同一物种的细胞各有独特的“个性”。当遇到像病毒这样的外部刺激时，它们会分泌不同数量的分子，并在不同程度上相互沟通。研究已经表明，相同类型的两个细胞在进行相同的治疗时可能具有不同的行为。

为了了解更多，来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员与澳大利亚皇家墨尔本理工大学和洛桑大学合作，研制出了一种光流控装置，该装置内部有一个小腔室。这个腔室大约是雨滴大小的千分之一。一个细胞被放置在腔内，然后研究人员可以在不破坏该细胞周围环境的情况对它进行实时观察。可以连续监测该细胞的化学分泌物的数量和类型。

该设备已被证明可以连续工作12小时，可能还能运行更长时间，这为研究人员提供了一种强大且新颖的选择工具。研究结果已发表在Small（“Label-Free Optofluidic Nanobiosensor Enables Real-Time Analysis of Single-Cell Cytokine Secretion”）。

研究人员开发的纳米光子生物传感器是一个玻璃载玻片，上面覆盖着一层薄的金膜，金薄膜上面有数十亿个精确排列的纳米孔。 （图片来源：Bo Zhang /瑞士洛桑联邦理工学院）

一个一个地研究细胞

所有细胞都以它们自己复杂的方式运作着。例如，癌细胞会产生各种激素和蛋白质来扩散并侵入健康组织;免疫细胞会通过分泌一种被称为细胞因子的化学介质来刺激免疫系统对抗敌人，从而对感染或入侵者作出反应。但是，每个细胞行为背后的实际机制是什么呢？

关于细胞群是如何运作的，已经进行了许多研究，但我们对个别细胞的行为却知之甚少。与传统的显微镜兼容，由瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员开发的集成且小型化设备提供了一种新的方法，来深入了解细胞过程和通讯。它也为开发治疗癌症和自身免疫性疾病的新疗法奠定了基础。

“例如，我们可以选择最有效的免疫细胞来对付某种疾病，”该研究的合着者兼EPFL工程学院生物光子系统实验室负责人Hatice Altug说。

细胞单独存放，喂养和分析

研究人员开发的纳米光子生物传感器是一层玻璃片，上面覆盖着一层薄的金膜，金薄膜上面有数十亿个精确排列的纳米孔。小腔室的壁由多孔膜组成，被放在玻片上方。通过微小的微流体通道，该腔室能接收稳定的水和营养物流。温度和湿度也都经过仔细调整。

该装置包含有阀门，可让科学家将一个细胞插入腔室中，并且在这个腔室中放置配体或抗体以识别和捕获细胞分泌的特定分子。

一个宽带光源照射在腔室内。由于一种叫做等离子体激元的光学现象，纳米孔仅允许一个光波频率或颜色穿过。当细胞分泌出一个分子时，它就会附着在抗体上，从而改变由纳米孔传输的频率。这是识别特定分子的方式。

一个细胞被放置在腔室内，然后研究人员可以实时观察它而不会破坏其周围环境。 （图片来源：瑞士洛桑联邦理工学院）

研究人员利用他们的新技术来研究淋巴瘤细胞中的细胞因子分泌水平。 “直到现在，用于研究单个细胞的方法总是需要荧光分子，”Altug说。“然而这些化合物会干扰细胞的功能，不可能进行实时研究。” 该研究的共同主要作者Maria Soler补充道：“在我们的设备中，每个纳米孔都是一个独立的传感器，因此细胞可以自然沉降在腔室的任何位置，我们可以用同样的方式来分析它们。”

有许多潜在的应用。“我们的方法可以用来确定肿瘤中最具侵袭性的癌细胞，并确定对患者进行哪种治疗方案。”该研究的共同主要作者Xiaokang Li总结说。

原文链接：（https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=50297.php）

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