野生图像显示冲击波穿过单个细胞

在一项壮观的独创性壮举中，科学家们首次成功地在胶片上捕捉到穿过单个人体细胞的微观冲击波。 由东京大学工程师Takao Saiki领导的团队使用一种称为频谱电路的系统，实现了纳米级分辨率和逐帧捕获水下声波冲击从头到尾通过培养的HeLa细胞时的运动所需的速度。

由此产生的图像揭示了有关电击如何与生物细胞相互作用的新信息，这一突破也为理解冲击波疗法和根据细胞的声学特性表征细胞提供了途径。

“据我们所知，这是历史上第一次直接观察到生物细胞和冲击波之间的相互作用，并通过实验证明冲击波在细胞内传播的速度比细胞外传播的速度快，”Saiti解释说。

“此外，我们的方法使我们能够在很宽的时间范围内展示高速摄影，包括皮秒、纳秒和毫秒的时间尺度。

拍摄单个细胞的图像是困难的。首先，它们非常脆弱且容易损坏。然后它们很小，需要极高分辨率的功能。因为它们太小了，所以不需要很长时间就可以让某些东西从细胞的一侧移动到另一侧。如果你眨眼，你实际上会错过它。

因此，任何设计用于对冲击波通过细胞传播进行成像的系统都需要勾选几个方框。它必须在非常小的尺度上发挥作用，无论是在空间上还是在时间上。它需要能够在不损坏细胞的情况下做到这一点。

光谱电路是一种依靠光而不是电运行的光学电路。该团队使用它来产生不会损坏细胞的激光脉冲，以不同的纳秒间隔将它们发送到位于水盘中的细胞中。

然后，他们使用了一种称为顺序定时全光学映射摄影的成像技术，该技术使用连拍在短时间尺度上生成一系列连续图像。

该相机用于拍摄波穿过细胞时的波，以 1.5 纳秒的间隔捕获帧，每帧的曝光时间为 44 皮秒。结果清楚地显示了波前从电池的一侧移动到另一侧时的波前。 该技术不仅在生物成像中也有应用。研究人员还用它来成像激光烧蚀对玻璃的影响。 他们向玻璃板发射飞秒激光脉冲，并能够详细观察激光在不同时间尺度上撞击玻璃的过程、冲击波和烧蚀过程。

该团队表示，这项技术为科学家提供了一种理解微观快速相互作用的新工具，将它们分解为一系列过程，可以帮助开发更好的工具来控制它们。这具有广泛的影响。

“我们的技术使我们能够观察和分析这种超快过程，从而为揭示有用但未知的高速现象提供了机会，”东京大学的工程师Keiichi Nakagawa说。

“接下来，我们计划使用我们的成像技术来可视化细胞如何与声波相互作用，就像超声波和冲击波疗法中使用的声波一样。通过这样做，我们旨在了解激活人体后续治疗效果的主要物理过程。 该研究已发布在《科学进展》上。