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科研動態

譚民研究組研發基于多極磁鑷的機器人細胞內部操作與測量系統

  • 发表日期:2019-04-15 【 【打印】【關閉】
  •   譚民研究員領導的先進機器人團隊與多倫多大學孫钰教授的先進微納系統實驗室合作在微納機器人方面開展研究,研究基于多極磁鑷的機器人細胞內部操作與測量,相關成果發表在Science 子刊Science Robotics 2019年第4期上(Sci. Robot. (2019), 4, eaav6180)。 

      在細胞內部對其結構的直接操作和測量是理解亞細胞和亞組織活動的重要手段,可用于疾病診斷、發展新治療方法。相對于細胞外部的操作而言,細胞內部的物理測量和操作仍然是未知領域,針對這一問題,合作團隊研發了一種多極磁鑷,使用亞微米尺度的磁珠進行納米級定位和皮牛頓(pN10-12牛頓)級的力控制,實現在單個胞內部的不同空間和時間的測量。爲克服共聚焦成像的低帶寬反饋問題,研發了一種廣義預測控制用于位置控制,可實現0.4 μm的位置控制精度,僅僅略大于布朗運動的約束;同時可在30分鍾以上施加60 pN的力,對于癌症細胞的細胞核特性進行了全面測量。系統對細胞的測量以及癌細胞的病變獲一系列有意義的結果。系統的研制成功,可用于細胞力學與力傳導特性的研究,並可進一步對磁珠附加某些化學功能,對細胞內組織進行化學傳感。 

      譚民研究員團隊與孫钰教授團隊在微納操作領域有多年的深入合作,譚民團隊成員周超研究員,曾與孫钰教授團隊合作開展電子顯微鏡內部微納操作機器人的研究,用于在細胞核內部的特定蛋白提取,其研究成果發表于Light: Science & Applications 上(Light: Science & Applications (2014) 3, e224)。  

    基于多極磁鑷的機器人系統