不需要校准的光镊，做出了Science级细胞核力学数据！
发布日期：2026-11-04
生物型光镊SENSOCELL：无需校准，把更多时间留给科学问题
细胞生物力学研究有一个长期矛盾：力与能量变化发生在皮牛（pN）、毫秒尺度，而传统观测手段擅长看"分子与形态"，却难以定量捕捉这些力学信号。光镊是少数能在活体体系内直接"读取力"的工具，但传统光镊依赖频繁的光阱校准、通量有限、且很难实现细胞内部力学测量，很多实验想法，卡在"测不了"或"测得太慢"上。
impetux公司推出的生物型光镊-SENSOCELL，采用“光动量计算（LIGHT MOMENTUM METHOD）技术，从源头规避了校准繁琐等难题。它不是对旧光镊的小修小补，而是把"力—位移—能量"的定量测量带入活细菌、活细胞乃至完整活体动物的研究路径。
一、为什么说它"不一样"：四个只有它容易做到的事
1. 免校准，即装即用
SENSOCELL 通过检测光子动量直接计算作用力，无需传统光镊繁琐的光阱校准流程。对多用户平台、高通量实验和跨课题组共享设备而言，这意味着更少的调试时间、更低的使用门槛和更稳定的数据可比性。
2. 单激光同步采集力与位移
单激光即可完成力—位移同步测量，规避了传统双光路系统中难以对准、难以维护的难题，系统长期运行的稳定性更有保障。
3. 一台仪器覆盖从分子到活体动物的力学测量
SENSOCELL 可操控细胞内或细胞外微粒，并直接对接明场、共聚焦、超分辨等现有成像系统——您不必为力学测量单独搭建光学平台。测量对象跨度覆盖：细胞膜动力学、细胞间相互作用、细胞骨架、细胞硬度、单分子动力学、生物分子凝聚体、细胞器，直至完整活体模式生物。
4. 时间共享双光阱微流变（TimSOM）
单激光时分复用生成双光阱：一个光阱施加振荡扰动，另一个同步完成力检测。在横跨5个数量级的频率范围内定量测量 mPa–kPa 区间的力学参数——分子凝聚体、细胞器、乃至完整活体生物的流变特性，在同一平台上完成。
SENSOCELL 生物型光镊
以下五个研究方向的应用实例，均来自于已发表的研究工作，展示了这套"免校准+宽适用范围"组合的生物型光镊能解决哪些具体科学问题。
二、应用实证：五个方向，五类“以前难做”的实验
1. 细菌集体运动的随机运动能量学，把"估算"变成"直接测量"
带鞭毛的细菌可以把代谢能量高效转化为游动能力，但长久以来，细菌集体群聚运动的能量消耗，只能依靠间接推算，缺少直接实验证据。
西班牙马德里康普顿斯大学团队，把奇异变形杆菌群簇捕获在SENSOCELL光镊光阱当中，结合光子动量法光镊(PMM‑OT)与高分辨率多粒子追踪（MPT），直接解析细菌群簇的力涨落、位移轨迹与做功能量，开展随机运动能量学研究。
研究发现：活细菌群簇并非简单单细胞力量叠加。存活细菌集群产生远高于死细胞、单细胞的力波动，力的增长呈现协同效应。集群内部形成涡旋式协调运动，处于典型非平衡稳态(NESS)。
活群簇运动功率约0.52 fW，有趣的是：集群总功率低于多个独立单细胞功率之和。随着细菌数量增加，集体功率呈亚线性增长。鞭毛产生的力量重新分配形成相干涡流，减少无效耗散，实现协同高效运动，揭示了细菌群体运动的热力学效率规律。
2. 衰老机制研究：从蛋白凝聚体到活体线虫的粘弹性测量
生物大分子凝聚体、细胞质的粘弹性，和细胞衰老、神经退行性疾病紧密相关。材料力学状态发生微小改变，就会影响物质运输、信号传导。SENSOCELL光镊的时间共享光镊微流变TimSOM技术，将单激光时分复用生成双光阱，一个光阱施加振荡扰动，另一个完成力检测，在横跨5个数量级频率范围，实现mPa‑kPa区间力学参数定量测量，可测分子凝聚体、细胞器乃至完整活体模式生物的流变特性。
科研人员以秀丽隐杆线虫为模型，巧妙利用线虫内源脂滴作为力学探针，无需外源微球干扰生物个体生理状态。
野生型线虫衰老过程，肠道细胞质发生流体化软化；
早衰相关核膜蛋白lmn‑1突变株，年轻线虫细胞质就提前出现老化样软化表型。
同时针对神经元MEC‑2蛋白凝聚体的研究表明：蛋白凝聚体会随时间发生液‑固相变；UNC‑89蛋白可以调控凝聚体力学成熟，在宽形变频率下维持应力传递，解释神经元机械信号传导的物质基础。这套方案也适用于药物筛选，快速评估药物对生物材料力学表型的改变。
3. 神经机械传导：轴突膜张力如何实现局部信号传递
神经元依靠化学递质传递信号，同样离不开机械力的传播。轴突膜张力如何传递、哪些分子结构限制张力扩散，一直是神经生物物理的谜题。
依托SENSOCELL分时双光阱，科研人员可以在同一个神经元轴突同时拉出两条膜纳米管；主动拉动其中一条膜管，测量另一条静态膜管的力响应，直接量化膜张力的传播效率与传播距离。
实验结合仿真模型得到关键结论： 膜张力传播距离不是固定值，具备细胞类型特异性。膜‑细胞骨架复合体上的“障碍物”（肌动蛋白、微管、血影蛋白周期骨架、MEC‑2胆固醇凝聚体）调控张力扩散。 周期性排布骨架利于短距离张力传递；当障碍物密度下降，膜渗透性提升，张力可以传播更远距离。MEC‑2膜凝聚体会充当屏障，限制张力长距离扩散，以此实现神经元局部机械信号的精准传导。
4. 细胞核力学研究
细胞核是细胞最大的细胞器，除储存遗传物质外，还充当细胞本体感知的弹性形变传感器。在斑马鱼胚胎细胞内部，把光镊操控的微球作为胞内探针，SENSOCELL光镊直接对细胞核施加力学载荷，记录压痕‑松弛全过程。当细胞受到挤压，细胞核发生拉伸，内核膜发生展开，激活钙离子依赖机械传导通路，调整肌动球蛋白收缩，改变细胞迁移行为，让细胞快速逃离受限狭小微环境。
实验区分了细胞核快速粘性松弛和长时弹性响应，直接证实细胞核可以把细胞几何形变转化生物化学信号，完成细胞本体感觉调控细胞行为的完整链条。
5. 肿瘤力学研究：光镊压痕助力胰腺癌新靶点的发现
胰腺导管腺癌（PDAC）预后极差，c‑MYC驱动的脂质代谢重编程是肿瘤恶性进展的重要推手。
研究人员利用SENSOCELL光镊侧向压痕技术，操控微球对肿瘤细胞膜施加周期性形变，拟合蠕变‑松弛模型，同时获取皮层刚度和膜‑皮层渗透性两大力学参数。 抑制下游脂肪酸延长酶ELOVL6之后，胰腺癌细胞皮层刚度显著下降，膜渗透性上升，促进化疗药物Abraxane的胞内摄取。体内体外实验证实，靶向ELOVL6改变细胞膜机械特性，能够提升化疗敏感性，为胰腺癌联合治疗提供新思路。
三、小结：
Impetux 生物型光镊-SENSOCELL基于光子动量检测，单激光完成力‑位移同步采集，解决传统光镊校准繁琐、漂移、双光路对准等痛点；可兼容实验室已有的明场、共聚焦、超分辨显微系统，无需整套更换硬件。
应用场景覆盖多类前沿研究方向：细菌群体运动能量学、生物分子凝聚体液固相变、微流变、细胞器、活细胞胞内力学、模式生物体内机械传导、肿瘤细胞力学与药物表型筛选。
从微米级细菌集群，到细胞内部的细胞核、脂滴，再到完整线虫活体，光镊正在把微观世界看不见的“力”变成可读取、可量化的实验数据，助力科研人员解析衰老、疾病、群体生命行为背后的物理机制。
四、如何体验/评估SENSOCELL：
如果您正在评估细胞力学测量方案，我们可以提供：
应用匹配评估：告知您的样品类型（细胞/组织/模式生物）与科学问题，我们的应用团队将给出可行性分析；
在线/现场演示：Quantum Design中国科学实验中心已开放生物型光镊SENSOCELL样机免费试用活动，试用名额限 30 个。
应用文献包与资料：索取上述五个方向的完整文献列表与技术资料；
现有平台对接咨询：SENSOCELL 可对接明场、共聚焦、超分辨显微镜，评估您的现有光路条件
若您对上述任何内容感兴趣，欢迎扫码与我们取得联系！
参考文献：
1. Català-Castro, F., Bonilla-Quintana, M., Sanfeliu-Cerdán, N., Rangamani, P., & Krieg, M. (2025). Obstacles regulate membrane tension propagation to enable localized mechanotransduction. Nature Physics, 1-12.
2. Venturini, V., Pezzano, F., Catala Castro, F., Häkkinen, H. M., Jiménez-Delgado, S., Colomer-Rosell, M., ... & Ruprecht, V. (2020). The nucleus measures shape changes for cellular proprioception to control dynamic cell behavior. Science, 370(6514), eaba2644.
3. García García, A., Ferrer Aporta, M., Vallejo Palma, G., Giráldez Trujillo, A., Castillo-González, R., Calzón Lozano, D., ... & Sánchez-Arévalo Lobo, V. J. (2025). Targeting ELOVL6 to disrupt c-MYC driven lipid metabolism in pancreatic cancer enhances chemosensitivity. Nature Communications, 16(1), 1694.
4. Luque-Rioja, C., López-Menéndez, H., Calero, M., Caselli, N., Herráez-Aguilar, D., Villaluenga, J. P. G., & Monroy, F. (2026). Stochastic motility energetics reveals cooperative bacterial swarming in optical tweezers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 123(3), e2515129123.
5. Català-Castro, F., Ortiz-Vásquez, S., Martínez-Fernández, C., Pezzano, F., Garcia-Cabau, C., Fernández-Campo, M., ... & Krieg, M. (2025). Measuring age-dependent viscoelasticity of organelles, cells and organisms with time-shared optical tweezer microrheology. Nature Nanotechnology, 20(3), 411-420.
