Search近日，浙江大学基础交叉研究院仪器平台板块成员、光电科学与工程学院童利民教授联合光电科学与工程学院张磊教授研究团队在Nature Photonics发表了题为“Piconewton-sensitive cell stethoscope using an optical microcantilever”的研究论文。合作者包括来自河南省医学科学院、浙江大学交叉力学中心、浙江大学高分子系以及浙江大学基础交叉研究院的多位光学、力学、医学、材料等不同学科的老师和同学。
细胞力学是理解生命活动和疾病发生发展的重要窗口。细胞迁移、黏附、变形、收缩以及对外界环境的感知，都伴随着从皮牛顿到微牛顿量级，甚至皮牛顿量级的力学信号。这些微弱力学信号不仅反映细胞的运动状态和功能变化，也与癌症、纤维化、感染等疾病过程密切相关。然而，由于活细胞通常处于液体环境中，实验过程涉及电刺激或电生理记录等复杂条件，同时外部探针稍有扰动就可能改变细胞原本的运动状态。如何在真实生物环境中实现对细胞力学信号的精准、快速、低扰动测量，已成为力学检测技术和生物力学研究中的关键科学问题。
基于上述挑战，研究团队提出了一种基于光学微悬臂的“细胞听诊器”。该器件将超灵敏光学相位检测技术集成于微纳光纤干涉结构中，并通过透明且生物相容的柔性薄膜封装，使其能够在液体环境中实时感知微弱力学信号。其巧妙之处在于，外界微弱力引起的微悬臂微小形变，会被转化为可精准读取的光学相位/强度变化，从而实现皮牛顿级力学检测和兆赫兹级动态响应。在此基础上，研究团队构建了多模态细胞力学分析平台，将光学微悬臂的力学检测与电刺激、显微观察和钙荧光成像相结合，实现了对心肌细胞收缩过程的多模态实时定量分析、药物响应评价和非接触细胞声学听诊，完成了从“看见细胞收缩”到“测量细胞用力”再到“听见细胞心跳”的拓展。本研究构建的光学微悬臂“细胞听诊器”不仅能够检测液体环境中的皮牛顿级动态力学信号，还可用于活细胞收缩的实时力学分析、钙荧光同步成像、药物响应评价和非接触声学听诊，有望为细胞力学、微纳力学和微反应动力学研究提供新的光学工具。
光学微悬臂“细胞听诊器”的结构设计与传感原理
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01964-6
