細胞是所有生物體的基本功能單元。目前對於單個細胞機理的瞭解仍處於起步階段。由於缺乏有效的細胞操作工具能夠在微米╱納米級精度對細胞進行探測、測試和控制操作,令細胞研究受到了很大的制約。
孫東教授和他的光鑷細胞作業系統
在這項研究中,我們開發通用的細胞操作工具並應用於細胞屬性的研究。通過集成了機器人技術、光學鑷子以及微流結構設計的複雜細胞測試系統的開發,整個細胞工具以及功能測試將得以實現。早在幾十年前,機器人技術就被證實為有效的操作工具。最近,機器人技術更是與微流技術相結合運用於MEMS器件的設計。光學鑷子作為一種新興的技術是利用高度集中的低功率雷射光束捕獲和移動微╱納米級大小的懸浮物體。光學鑷子對於研究具有顯著醫學效用的非貼壁細胞的生物力學特性有特別的優勢。將光學鑷子結合到機器人輔助作業系統當中,利用光學鑷子的特性可以對單個或多個細胞進行同時操作。這就為在個別細胞進行探測、測試和控制開闢了一條新的道路。
如圖中所示為細胞作業系統。它適用於細胞的各種操作,例如細胞拉伸、細胞運輸、細胞分類、細胞粘附測試和細胞融合。這樣一個自動化的系統,通過使用視覺回饋可以高度可重複的對細胞進行測試。當其他相關的研究工作都局限於手動操作時,能夠實現高度的可變性顯得尤為重要。能夠進行高度可重複的測試對於取得一致的研究結果是非常重要的。這套系統還允許同時對多細胞進行測試以表徵細胞的特性。設計以MEMS為基礎的具有制動閘門的微流體通道,可以對含有懸浮細胞的流體進行控制,從而對多個細胞進行定位與處理。控制方法也將被用來控制細胞的運動,並同時對多個細胞進行測試和處理。