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李宝军:隔空操控细胞的人

来源:中国科技网-科技日报 作者: 2016年03月14日 02:10
[导读] 不接触细胞但又能对细胞实现灵活精准地捕获和操控是一项具有挑战性的研究课题,其意义是在不接触人体皮肤的情况下对皮肤下面毛细血管里面的各种细胞进行操控,因而,具有非常重要的科学价值和广阔地应用前景。
李宝军:隔空操控细胞的人



    不接触细胞但又能对细胞实现灵活精准地捕获和操控是一项具有挑战性的研究课题,其意义是在不接触人体皮肤的情况下对皮肤下面毛细血管里面的各种细胞进行操控,因而,具有非常重要的科学价值和广阔地应用前景。
    在该研究领域,美国哈佛大学、康奈尔大学、普林斯顿大学,英国剑桥大学,日本东京大学,以及德国、丹麦、澳大利亚等国家都在积极开展相关的研究,我国科研人员的工作也处于国际前列。
    中山大学教授李宝军团队就是其中的杰出代表,经过长期的研究,他们在不接触细胞的情况下,已经能够对不同种类的细胞进行灵活精准地捕获、传送、筛选、移除等操控。
    从西北的甘肃到南方的广州,李宝军走过了一条特别漫长而勤奋的求学和深造之路,学习和工作过的国内外院所就有9所,包括了英国牛津大学、美国麻省理工学院、新加坡国立大学等,然而他研究目标始终集中在微纳光子器件与光操控学术研究。
    来中山大学之前,李宝军在新加坡材料与工程研究院当研究员,他听说中大将重点发展这些学科时,毅然应聘而来,开始了专业研究的新历程。
    年复一年地呆在实验室,伴随他的是充实与忙碌。李宝军说:“搞科研,必须耐得住寂寞,我从小学习不是靠聪明,而是勤奋和踏实,我喜欢在节假日、周末,静静地在实验室做研究。来中山大学工作13年来,我没有一个春节回甘肃老家,因为春节的假期是一年中最安宁的,没有公务及其他社会工作,电话也几乎没有了。”
    靠着这种拼搏的精神和坚韧的毅力,李宝军团队先是研制出一根类似于针尖的锥形光纤探针,往里面通入光,光就从针尖的前端射出,就像一个非常微小的手电筒一样,射出的光照射到悬浮在液体中的细胞上,细胞的运动状态就会发生变化。
    发现这一现象后,他们选择了对生物组织具有很强穿透性的980纳米的光,将其通入到锥形光纤探针中,从针尖射出的光将悬浮在液体中的细胞捕获,然后移动锥形光纤探针,位于针尖远处的被抓住的细胞也跟着移动,当关掉通入的光后,细胞就停留在那里。
    有了这一发现后,他们将大肠杆菌细胞溶液通入到一个类似于血管的微流通道中,然后将一根锥形光纤放进微流通道中,当在锥形光纤中通入980纳米的光时,微流通道中流动的大肠杆菌细胞会被隔空抓住,并在光纤尖端一个接一个地串成一串,所串起来的细胞数的多少可通过改变光功率大小来调控。
    “由于水和生物组织对980纳米的光的吸收都很微弱,也就是说,980纳米的光具有很强的生物组织穿透性,这种光操控不会对细胞造成损伤,也不会引起局部温度效应,因而,是无损伤的。”李宝军说,由于大肠杆菌是一种与人体互利共生的活细胞,串起来后可作为生物纳米光波导传输光信号,为纳米光子学和生物光子学的结合搭建了桥梁。
    此后,包括美国哈佛大学医学院的教授等在内的多位国际著名专家在发表的论文中称李宝军团队的细胞波导工作克服了光子器件与生物系统不兼容的限制、这种对细胞的光捕获对很多应用领域都非常重要。
    李宝军团队还利用所研制的锥形光纤探针,借助其在光纤尖端射出的光,成功实现了对不同种类细胞的捕获、传送、筛选、移除等非接触操控。这为血管和生物组织内病毒、恶性细胞的筛选、分离、清除等的精确操控奠定了基础,如果与医疗紧密结合,向病人进行更加精准的医疗。
    他们利用这种技术不仅对细菌和真菌等细胞进行了排列,还对人体白血病细胞等极为复杂的细胞进行了排列,并且还用活体细胞制成生物纳米光波导。“这种用细胞组成的纳米光波导不但具有很好的生物相容性,而且可作为生物样品直接植入生物组织内部进行医学诊断而不需再拿出来,同时又可作为纳米光子器件研究细胞之间的相互作用、信息传递、以及对周围环境变化的感知等。”李宝军说。
    据了解,该研究结果在生物医学领域有着举足轻重的价值和意义,有望通过所探测到的光信号的变化来判断人体的症结,用于生物组织病变、体内活体细胞变异等的早期诊断研究。比如,在不接触皮肤表面的情况下,操控毛细血管中的红白细胞。在实验鼠的身上,用这种方法可以制造出血栓,反过来也可以打通血栓,而整个过程不需要接触和损伤表皮。
    目前,李宝军团队正在用这种技术进行神经元等的操控研究。“随着人的年龄的增大,某些神经会逐渐衰变,功能退化。我们的目的是通过这种不接触的隔空操控研究神经元之间的信息传递与交换,探索用光信号来激活某些死亡的神经的可能性,为老年痴呆、帕金森等提供治疗新思路。”李宝军说。
    迄今为止,李宝军在国际学术刊物发表 SCI 论文150多篇,主编出版英文学术专著2部,合著出版英文学术专著1部,获授权美国发明专利、中国发明专利以及实用新型专利多项。研究成果数次作为国际著名学术杂志的亮点论文、封面或内封面等论文发表,还得到英国物理学会《纳米技术》期刊的跟踪和报道。
    李宝军已经获得荣誉奖项包括国家自然科学奖二等奖,全国优秀科技工作者,国家有突出贡献中青年专家,教育部创新团队带头人,长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,国家百千万人才工程人选,国务院政府特殊津贴专家,民进全国组织建设先进个人,广东省丁颖科技奖,广东省科学技术奖一等奖等。同时兼任广东省光学学会理事长,中国光学学会光电技术专业委员会常委,中国光学学会纤维光学与集成光学专业委员会常委等。(刘霞)  
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