华裔科学家研发出神奇声波镊子可用于生物打印

日前,美国宾夕法尼亚州立大学的科学家们宣布,他们成功研发出了一种神奇的“声波镊子”——顾名思义,这种镊子完全是由两个声波发生器发出的声波组成的,它可以捕获人类的单个细胞并放入其它地方而不损坏它。

最近几年3D生物打印技术的进步堪称突飞猛进。事实上,3D生物打印机已经能够使用人体细胞与生物材料的混合物创建复杂的形状——尽管单个细胞的3D打印则完全是另外一回事。幸运的是,日前,美国宾夕法尼亚州立大学的科学家们宣布,他们成功研发出了一种神奇的“声波镊子”——顾名思义,这种镊子完全是由两个声波发生器发出的声波组成的,它可以捕获人类的单个细胞并放入其它地方而不损坏它。



这个有趣的创新刚刚被发布在了该大学的网站上,参与的科学家包括研究负责人、生物工程与力学教授黄竣,以及博士后 Feng Guo、Peng Li和James Lata,研究生Zhangming Mao和Yuchao Chen,前博士后研究员Zhiwei Xie和生物医学工程教授Jian Yang。卡耐基梅隆大学总裁Subra Suresh也参加了这个团队。他们的工作成果出现在了最新一期的美国《国家科学院学报(Proceedings of the National Academy of Sciences)》上。


据研究人员介绍,这种声波镊子本质上是一种工具,科学家们可以用它在3D空间里移动细胞,并构建起非常精确的结构,整个过程不会接触、变形或者标记细胞。“在这个应用中,我们使用表面声波来创建节点以捕获细胞或微粒。”黄竣教授解释说:“我们可以在3D空间中移动细胞或粒子,在两个或三个维度中创建结构。”


这个镊子本身是用两条表面声波发生器发出的声波组成的。当声波发生碰撞时,他们创建的压力场就能够捕获和运送一个粒子或细胞。通过同时移动发生器,该细胞也可以精确地运送。“我们的研究提供了一种独特的方式可以在三个维度上准确地操纵生物细胞,而且不需要任何侵入性接触或生化标记。”Subra Suresh解释说:“这种做法将会在再生医学、神经科学、组织工程、生物制造、癌症转移等领域的应用及实验研究中导致新的可能性。”


这项技术最重要的也许不是它能够无伤地捕获细胞,而是非常精确地定位它们的能力。该研究团队称,他们正在一个非常基础的水平上模仿3D生物打印——捡拾细胞并以精确、无创伤的方式用细胞组成3D结构。这是一项非常重要的技术创新,因为细胞间的通讯和细胞与环境之间的相互作用是很难通过3D生物打印来获得。尽管目前这种声波镊子严格意义上并非3D打印机,但是它很有可能导致3D打印领域期待已久的创新的产生。


目前迭代的3D声波镊子已经相当精确,它的垂直放置精度可达每个细胞1微米,水平精度达到2微米。使用该设备,一个10微米的粒子能够以大约每秒2.5微米的速度移动。在使用时其波长和输入功率都是可以调整的,从而为研究人员带来了很大的方便。


黄竣教授称:“3D声波镊子可以通过控制一定数量细胞、细胞间距,并按照预定的几何结构来排列细胞。这就为打印神经元细胞以创造人工神经网络并将其用于神经科学应用或者神经元再生医学提供了一种独特的方法。”


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