很多的希望 Manalis和他的同事们在2007年首次开发了SMR,后来推出了多种创新用于不同的目的,包括随时间的推移跟踪单个细胞的生长、测量细胞密度、称量细胞分泌的囊泡,就在最近,测量不断变化的营养条件下细胞的短期生长反应。
所有这些技术都依赖于一个关键的方案:一条充满液体的微通道,被蚀刻在一个微小的硅悬臂梁传感器上,它在一个真空腔中震动。当一个细胞进入悬臂梁时,它会稍微改变传感器的振动频率,这个信号可以用来确定细胞的重量。为了测量一个细胞的生长速率,Manalis和同事们让单个细胞反复来回地通过通道,经过了约20分钟的一段时间。在这段时间里,一个细胞可以积累的质量可以通过SMR加以衡量。虽然SMR称量细胞的重量,可能比其他方法精确10到100倍,但是它被限制在每次一个细胞,从而意味着它可能需要几个小时,甚至几天的时间,才能测量足够多的细胞。
这一新技术的关键在于,设计和控制一批(10到12个)悬臂传感器,它们就像称重站,当每个细胞流经这个邮票大小的设备时,它会记录每个细胞的质量。在每个传感器之间是弯曲的“延迟通道”,每一个长度约五厘米,细胞流经它的时间约为两分钟,从而使它们在到达下一个传感器之前有时间生长。当一个细胞退出一个传感器时,另一个细胞可以进入,从而增加了设备的吞吐量。这些结果显示了每个传感器上的每一个细胞的质量,将它们生长或缩小的程度用图形绘制出来。
在这项研究中,研究人员每小时能够测量大约60个哺乳动物细胞和150种细菌,而单一的SMR在同一时间内只能测量几个细胞。Cermak说:“能够快速测量生长速率的完整分布,告诉我们典型的细胞是如何表现的,也让我们发现异常值——这在以前是很难,因为吞吐量和精度都是有限的。”
同时测量许多单细胞的一种类似方法,被称为定量相显微镜(QPM),其通过测量细胞的光学厚度来计算细胞的干重。不同于SMR为基础的方法,QPM可以用于生长粘附在表面的细胞。然而,SMR法更加精确。Olcum说:“我们能够在约20分钟的时间里,可靠地解决一个癌症细胞质量的不到百分之0.1。这个精度已被证明对于许多临床应用是必不可少的,也是我们一直追求的。”
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