隨著實時監(jiān)測內(nèi)質(zhì)變化和快速檢測細(xì)胞外信號的需求，已經(jīng)開發(fā)了大量的生物成像方法。在過去的幾十年里，光學(xué)成像取得了巨大的進(jìn)步，特別是隨著微球輔助技術(shù)的出現(xiàn)，這些技術(shù)具有出色的信號收集能力，能夠使用傳統(tǒng)的光學(xué)顯微系統(tǒng)進(jìn)行實時和超分辨率成像。然而，由于目前策略中的大多數(shù)微球都是固體和人工合成材料，因此它們的生物相容性非常低。幸運(yùn)的是，大自然的教訓(xùn)表明，一些生物成分和已經(jīng)存在的物體可以與光相互作用，并能夠發(fā)揮與真實光學(xué)元件相同的功能。
在新近發(fā)表于Light Science & Application的一篇論文中，由中國暨南大學(xué)納米光子研究所的李寶軍、張耀和李玉超教授和應(yīng)用科學(xué)研究所 CNR-ISASI 的 Pietro Ferraro 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊和的智能系統(tǒng)公司證明，脂滴是一種天然存在于細(xì)胞中的動態(tài)結(jié)構(gòu)，可以充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)微透鏡，用于實時監(jiān)測亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和檢測細(xì)胞外信號。具有球形形狀和高于細(xì)胞質(zhì)和周質(zhì)的折射率，脂滴表現(xiàn)出透鏡效應(yīng)，以有效地會聚激發(fā)光和熒光信號(圖 1)。
為了實現(xiàn)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)胞內(nèi)成像，脂質(zhì)微透鏡以接觸模式工作，其中脂滴大大提高了發(fā)射熒光信號的收集效率。因此，熒光成像所需的激發(fā)功率可降低多達(dá) 73%。在掃描光鑷的驅(qū)動下，脂滴可以在細(xì)胞內(nèi)移動，對活細(xì)胞中的微絲、溶酶體和腺病毒進(jìn)行增強(qiáng)的細(xì)胞內(nèi)熒光成像(圖 2)。此外，由于脂滴與細(xì)胞質(zhì)的折射率對比，脂滴的長焦距可以將熒光增強(qiáng)策略擴(kuò)展到非接觸模式，從而增加了脂質(zhì)微透鏡成像和檢測的工作距離。在非接觸模式下，激發(fā)光被脂滴高度會聚，以增強(qiáng)細(xì)胞周圍細(xì)胞外環(huán)境的熒光強(qiáng)度。在實驗中，脂質(zhì)微透鏡實現(xiàn)了對細(xì)胞外液中癌細(xì)胞熒光信號的有效檢測(圖 3)。
脂滴的透鏡效應(yīng)有望應(yīng)用于完全生物相容性的小型化工具，用于生物傳感、內(nèi)窺鏡分析和單細(xì)胞診斷。使用脂滴作為細(xì)胞內(nèi)微透鏡也為設(shè)計和構(gòu)建各種內(nèi)源性光子器件提供了機(jī)會。
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