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用于低功率和多功能生物细胞操控的热泳镊子。

Thermophoretic Tweezers for Low-Power and Versatile Manipulation of Biological Cells.

机构信息

Department of Engineering Science and Mechanics, The Pennsylvania State University , University Park, Pennsylvania 16802, United States.

出版信息

ACS Nano. 2017 Mar 28;11(3):3147-3154. doi: 10.1021/acsnano.7b00207. Epub 2017 Feb 24.

DOI:10.1021/acsnano.7b00207
PMID:28230355
Abstract

Optical manipulation of biological cells and nanoparticles is significantly important in life sciences, early disease diagnosis, and nanomanufacturing. However, low-power and versatile all-optical manipulation has remained elusive. Herein, we have achieved light-directed versatile thermophoretic manipulation of biological cells at an optical power 100-1000 times lower than that of optical tweezers. By harnessing the permittivity gradient in the electric double layer of the charged surface of the cell membrane, we succeed at the low-power trapping of suspended biological cells within a light-controlled temperature gradient field. Furthermore, through dynamic control of optothermal potentials using a digital micromirror device, we have achieved arbitrary spatial arrangements of cells at a resolution of ∼100 nm and precise rotation of both single and assemblies of cells. Our thermophoretic tweezers will find applications in cellular biology, nanomedicine, and tissue engineering.

摘要

光镊在生物细胞和纳米颗粒的操控方面具有重要意义,可广泛应用于生命科学、早期疾病诊断和纳米制造领域。然而,低功率、多功能的全光操控仍然难以实现。在此,我们实现了光控多功能热泳操控生物细胞的方法,其所需的光学功率比光镊低 100-1000 倍。通过利用细胞膜带电表面双电层的介电常数梯度,我们成功地在低功率下将悬浮生物细胞捕获在光控温度梯度场中。此外,通过使用数字微镜器件来动态控制光热势,我们实现了细胞的任意空间排列,分辨率达到约 100nm,并且可以精确地旋转单个细胞和细胞组装体。我们的热泳镊将在细胞生物学、纳医学和组织工程中得到应用。

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