野生圖像顯示沖擊波穿過單個細(xì)胞

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

由東京大學(xué)工程師Takao Saiki領(lǐng)導(dǎo)的團隊使用一種稱為頻譜電路的系統(tǒng)，實現(xiàn)了納米級分辨率和逐幀捕獲水下聲波沖擊通過培養(yǎng)物時的運動所需的速度。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，并通過實驗證明沖擊波在細(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間范圍內(nèi)展示高速攝影，包括皮秒（萬億分之一秒）、納秒（十億分之一秒）和毫秒（千分之一秒）的時間尺度。

拍攝單個細(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。因為它們太小了，所以不需要很長時間就可以讓某些東西從細(xì)胞的一側(cè)移動到另一側(cè)。如果你眨眼，你實際上會錯過它。

因此，任何設(shè)計用于對沖擊波通過細(xì)胞傳播進(jìn)行成像的系統(tǒng)都需要勾選幾個方框。它必須在空間和時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。

頻譜電路是一個光電路它靠光而不是電運行。該團隊使用它來產(chǎn)生不會損壞細(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全光學(xué)測繪攝影的成像技術(shù)，或郵票，它使用連拍攝影在短時間尺度上生成一系列連續(xù)圖像。

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

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

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程、沖擊波和燒蝕，在不同的時間尺度上。

該團隊表示，這項技術(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程，可以幫助開發(fā)更好的工具來控制它們。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程，從而為揭示有用但未知的高速現(xiàn)象提供了機會。工程師Keiichi Nakagawa說東京大學(xué)。

“接下來，我們計劃使用我們的成像技術(shù)來可視化細(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程。

該研究已發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展.

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