野生圖像顯示沖擊波穿過單個細胞

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

由東京大學工程師Takao Saiki領導的團隊使用一種稱為頻譜電路的系統，實現了納米級分辨率和逐幀捕獲水下聲波沖擊通過培養物時的運動所需的速度。HeLa細胞，從頭到尾。

由此產生的圖像揭示了有關電擊如何與生物細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細胞的聲學特性表征細胞提供了途徑。

“據我們所知，我們有史以來第一次直接觀察到生物細胞與沖擊波之間的相互作用，并通過實驗證明沖擊波在細胞內傳播的速度比細胞外傳播的速度快，”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胞的一側移動到另一側。如果你眨眼，你實際上會錯過它。

因此，任何設計用于對沖擊波通過細胞傳播進行成像的系統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揮作用。它需要能夠在不損壞細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。該團隊使用它來產生不會損壞細胞的激光脈沖，以不同的納秒間隔將它們發送到位于水盤中的細胞中。

然后，他們使用了一種稱為順序定時全光學測繪攝影的成像技術，或郵票，它使用連拍攝影在短時間尺度上生成一系列連續圖像。

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

該技術不僅在生物成像中也有應用。研究人員還用它來成像激光燒蝕對玻璃的影響。

他們向玻璃板發射飛秒（四分之一秒）激光脈沖，并能夠詳細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，這項技術為科學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，可以幫助開發更好的工具來控制它們。這具有廣泛的影響。

“我們的技術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象提供了機會。工程師Keiichi Nakagawa說東京大學。

“接下來，我們計劃使用我們的成像技術來可視化細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治療效果的主要物理過程。

該研究已發表在科學進展.

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