30、利用磁性工具进行细胞和细胞内结构的生物物理测量

利用磁性工具进行细胞和细胞内结构的生物物理测量

1. 细胞流变学特性测量

磁性微珠可经显微注射或内吞作用进入细胞，之后利用磁力控制其在细胞质内移动。由于磁性微珠质量小、惯性小，其受到的磁力能迅速与流体阻力达到平衡。根据磁场模型，磁力大小取决于磁场梯度和微珠磁矩，且可在已知黏度的环境（如硅油）中预先校准。通过平衡磁力计算出流体阻力，进而算出细胞质局部液体环境的黏度。例如，用一个1.3μm的微珠在巨噬细胞内移动，在恒定磁力下追踪微珠移动速度，测得细胞质黏度为2 - 7mPa‧s。不过，测量细胞内细胞质黏度的研究发现，大量磁性微珠会被困在细胞骨架网络中，这在量化细胞质黏度时必须考虑。

基于磁扭矩的方法，通过记录细胞内磁性丝在磁场中的旋转情况，可量化细胞质的黏度或黏弹性特性。使用磁性微丝进行旋转磁谱测量，将施加在磁性丝上的磁扭矩与产生的旋转速度相关联，以此测量活细胞内细胞质的剪切黏度。与细胞内磁性微珠的平移运动不同，旋转的磁性丝可通过观察同步和异步旋转状态之间的瞬态频率，区分类似液体（黏度）和类似凝胶（黏弹性）的行为，研究发现细胞质表现为黏弹性流体。

测量流程如下：
1. 将磁性微珠或磁性丝引入细胞。
2. 施加磁力或磁扭矩。
3. 记录微珠或磁性丝的运动参数。
4. 根据相关模型计算细胞质的流变学特性。

2. 细胞内结构的力学测量

2.1 细胞核和细胞骨架的测量

细胞核是细胞内最大的细胞器，也是主要的DNA储存场所。在癌症和肌肉萎缩症中，可观察到细胞核的力学特性异常。由于磁性微珠在磁场梯度中尺寸小且力输出大，磁镊成为研究核力学的有力工具。例如，Guilluy等人将涂有抗体的磁性微