野生圖像顯示沖擊波穿過(guò)單個(gè)細(xì)胞

在一項(xiàng)壯觀的獨(dú)創(chuàng)性壯舉中，科學(xué)家們首次成功地在膠片上捕捉到穿過(guò)單個(gè)人體細(xì)胞的微觀沖擊波。

由東京大學(xué)工程師Takao Saiki領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用一種稱為頻譜電路的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)分辨率和逐幀捕獲水下聲波沖擊通過(guò)培養(yǎng)物時(shí)的運(yùn)動(dòng)所需的速度。HeLa細(xì)胞，從頭到尾。

由此產(chǎn)生的圖像揭示了有關(guān)電擊如何與生物細(xì)胞相互作用的新信息，這一突破也為理解沖擊波療法和根據(jù)細(xì)胞的聲學(xué)特性表征細(xì)胞提供了途徑。

“據(jù)我們所知，我們有史以來(lái)第一次直接觀察到生物細(xì)胞與沖擊波之間的相互作用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明沖擊波在細(xì)胞內(nèi)傳播的速度比細(xì)胞外傳播的速度快，”Saiti 解釋道.

“此外，我們的方法使我們能夠在很寬的時(shí)間范圍內(nèi)展示高速攝影，包括皮秒（萬(wàn)億分之一秒）、納秒（十億分之一秒）和毫秒（千分之一秒）的時(shí)間尺度。

拍攝單個(gè)細(xì)胞的圖像是困難的。首先，它們非常脆弱且容易損壞。然后它們很小，需要極高分辨率的功能。因?yàn)樗鼈兲×?，所以不需要很長(zhǎng)時(shí)間就可以讓某些東西從細(xì)胞的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)。如果你眨眼，你實(shí)際上會(huì)錯(cuò)過(guò)它。

因此，任何設(shè)計(jì)用于對(duì)沖擊波通過(guò)細(xì)胞傳播進(jìn)行成像的系統(tǒng)都需要勾選幾個(gè)方框。它必須在空間和時(shí)間上都非常小的尺度上發(fā)揮作用。它需要能夠在不損壞細(xì)胞的情況下做到這一點(diǎn)。

頻譜電路是一個(gè)光電路它靠光而不是電運(yùn)行。該團(tuán)隊(duì)使用它來(lái)產(chǎn)生不會(huì)損壞細(xì)胞的激光脈沖，以不同的納秒間隔將它們發(fā)送到位于水盤中的細(xì)胞中。

然后，他們使用了一種稱為順序定時(shí)全光學(xué)測(cè)繪攝影的成像技術(shù)，或郵票，它使用連拍攝影在短時(shí)間尺度上生成一系列連續(xù)圖像。

該相機(jī)用于拍攝波穿過(guò)細(xì)胞時(shí)的波，以 1.5 納秒的間隔捕獲幀，每幀的曝光時(shí)間為 44 皮秒。結(jié)果清楚地顯示了波前從電池的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)時(shí)的波前。

該技術(shù)不僅在生物成像中也有應(yīng)用。研究人員還用它來(lái)成像激光燒蝕對(duì)玻璃的影響。

他們向玻璃板發(fā)射飛秒（四分之一秒）激光脈沖，并能夠詳細(xì)觀察激光撞擊玻璃的過(guò)程、沖擊波和燒蝕，在不同的時(shí)間尺度上。

該團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)為科學(xué)家提供了一種理解微觀快速相互作用的新工具，將它們分解為一系列過(guò)程，可以幫助開發(fā)更好的工具來(lái)控制它們。這具有廣泛的影響。

“我們的技術(shù)使我們能夠觀察和分析這種超快過(guò)程，從而為揭示有用但未知的高速現(xiàn)象提供了機(jī)會(huì)。工程師Keiichi Nakagawa說(shuō)東京大學(xué)。

“接下來(lái)，我們計(jì)劃使用我們的成像技術(shù)來(lái)可視化細(xì)胞如何與聲波相互作用，就像超聲波和沖擊波療法中使用的聲波一樣。通過(guò)這樣做，我們旨在了解激活人體后續(xù)治療效果的主要物理過(guò)程。

該研究已發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展.

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