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产品名称:提供测量细胞膜张力和受体力的装置，细胞膜系拉动测定仪，细胞膜受体配体相互作用力测定仪

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提供测量细胞膜张力和受体力的SENSOCELL光镊装置

测量细胞膜的张力或量化受体-配体相互作用通常涉及合成微球的使用。无论是膜系拉测定还是微珠细胞粘附力测量，以下步骤都是必要的：

先，一个小珠子（通常由聚苯乙烯或二氧化硅制成）涂有配体，这些配体可以特异性地与细胞膜上的受体结合。
然后，使用光镊的聚焦激光束对珠子进行光学捕获。
后，被捕获的磁珠与细胞膜接触，通过细胞表面的配体与膜受体结合。对于某些细胞系，系绳会自然形成，实验不需要对磁珠进行任何包被。

细胞膜系拉动测定

膜系拉实验允许局部测量细胞膜张力。一旦磁珠附着在膜上，光镊就会将磁珠从细胞表面拉出，形成一个向外延伸细胞膜的系绳。SENSOCELL 光镊可高精度测量施加在磁珠上的力和位移。当拉动磁珠时，伸出膜系绳所需的力提供有关膜机械性能的信息。因此，细胞膜中的张力可以从力-位移数据中得出。此外，在同一细胞表面同时生成多个系绳可以研究力在膜上的传播。

细胞膜受体配体相互作用力

SENSOCELL 光镊可以地控制被捕获的磁珠的位置，以预定义的轨迹接近细胞表面，或在结合后将其从细胞膜上拉出。该系统连续记录力和位移数据，能够测量键强度和受体-配体相互作用的动力学。

精选出版物：

拉维·达斯、林立春、弗雷德里克·卡塔拉-卡斯特罗、纳瓦法特·马莱翁、诺伊斯·桑费利乌、蒙特塞拉特·波尔塔德拉·里瓦、亚历山德拉·皮德、迈克尔·克里格。不对称机械密码曲率依赖性本体感受器活动。科学进展 17 （2021）
Andreu， I.， Falcones， B.， Hurst， S. 等人。力加载率通过增强和细胞骨架软化驱动细胞机械感应。通讯 12， 4229 （2021）
Kechagia， Z.， Sáez， P.， Gómez-González， M. 等人。层粘连蛋白-角蛋白连接保护细胞核免受机械变形和信号传导的影响。Nat. Mater.22， 1409–1420 （2023）

细胞膜张力梯度驱动神经元中的 Ca2+ 离子通道活性

这个例子来自光子科学研究所（ICFO）的神经光子学和机械系统生物学实验室，研究了秀丽隐杆线虫的本体感觉机制。研究人员发现，本体感受器，即对身体运动和位置做出反应的感觉机械感受器，在体内和体外实验中都会在压缩应力下激活。

使用 Sensocell 光镊拉动膜系绳

在他们的体外实验中，作者使用 SENSOCELL 光学捕获微球并从分离的 DVA 神经元轴突中挤出膜纳米管。通过使用 LightAce 软件 SDK 的自定义拉动程序，他们控制了拉珠位移和拉动速度，对分离的轴突施加正和负张力梯度。同时，他们使用共聚焦显微镜对产生的 Ca2+ 离子通道活性进行成像。他们观察到 Ca2+ 信号增加优先发生在系绳拉力-距离曲线的松弛阶段，表明负张力梯度可以诱导神经元活动，类似于体内轴突压缩测试。

相关应用：

通过压痕和拉伸测定测量细胞刚度和弹性

视频显示 DVA 神经元 Ca 的共聚焦视频2+动态光捕获分析中的离子通道活性。施加到膜系绳上的拉力逐渐增加。比例尺 = 5μm。以 10Hz 采集。

用于局部膜张力测量的细胞膜系拉动测定

图 1疏水阀位置（上）、力信号（中）和 Ca 的时间依赖性2+在膜系绳拉动实验期间记录的荧光信号（下图）。原力和 Ca2+离子通道活性信号呈负相关。

通过双重系绳拉动测定揭示细胞膜张力传播

多次系绳拉动测定允许研究力在细胞膜上的传播。在这个例子中，两个光学捕获的珠子在神经元轴突上形成两个膜系。初，珠子静止并靠近神经元轴突。然后通过将珠子 1 高速从轴突移动几微米来拉动一个系绳。几秒钟后，力信号放松，拉延筋 1 返回其原始位置。对微珠 2 重复该过程。然后，将微珠 2 向上移动，距离微珠 1 几微米，并对两个微珠重复前面的步骤。

如果系绳足够近，数据会显示张力在膜上传播，当仅拉动一个系绳时，陷阱 2 中的力峰值可以看到，反之亦然。然而，当系绳相距很远时，这种现象就会消失。因此，调整系绳到系绳的距离可以量化细胞膜张力如何随距离衰减。

图 1 对神经元轴突进行的所述双系绳拉力测定的共聚焦视频。由 M. Krieg 实验室（ICFO）提供。

相关应用：

通过系绳拉动实验进行细胞膜张力传播

图 2 陷阱 1 和陷阱 2 的位置（顶部）和力（底部）数据沿所述双系绳拉动实验的不同步骤的时间依赖性。

细胞膜上的力加载率驱动单次粘附的成熟

细胞对机械力的反应对于许多健康和疾病相关过程至关重要。然而，细胞检测和反应的确切机械因素仍不清楚。这项由 Timo Betz 博士（Georg-August-Universit?t G?ttingen）和 Pere Roca-Cusachs 博士（IBEC）的研究表明，施加力的速率（加载速率）是机械传感的关键驱动因素。

通过使用基板拉伸、光镊和原子力显微镜等方法对细胞施加动态力，作者观察到更高的负载速率会触发 talin 依赖性机械感应。这导致粘附生长和增强，以及 YAP 的核定位。在他们的光阱实验中，他们对附着在细胞表面的纤连蛋白包被的珠子施加力，并用不同频率的相同振幅的三角信号水平移动光阱。

光镊分析表明，机械感应过程，特别是粘附加固，是由力加载率驱动的，并且也发生在局部粘附尺度上。微珠位移和速度的逐渐降低，以及施加力、加载速率、微珠刚度和桩蛋白募集的增加证实了这一点。

相关应用：

通过细胞膜受体相互作用力进行机械感应

图 1光镊实验的示意图。纤连蛋白包被的磁珠被捕获，与细胞膜接触，并以不同频率的振荡刺激。

附着在用光镊捕获并振荡的细胞膜上的磁珠的力和位移

图 2以 4 Hz 和 0.25 Hz 的频率刺激的两个磁珠的力和位移数据。珠子位移的逐渐减少与施加的力和加载速率的增加相伴而生。

关键概念

- 系绳拉动实验：这些包括将珠子连接到细胞膜上，并使用光镊拉动系绳（一种薄膜管）。这允许研究膜力学，包括弹性和粘度。
- 膜张力：通常，力与位移曲线的初始斜率提供膜张力。力（F）、系绳半径（R）和膜张力（σ）之间的关系可以用公式 F=2πRσF 来描述
- 膜受体力测量：光镊可以对膜受体施加受控的力，从而能够研究这些受体如何响应机械应力以及力如何影响受体-配体相互作用。

优势

- 精度：光镊可对施加在颗粒上的位置和力进行其的控制，从而可以详细测量细胞和分子反应。
- 定量数据：能够测量皮牛顿范围内的力和纳米范围内的位移，从而能够对膜力学和受体行为进行定量分析。
- 无损：光镊可以在没有物理接触的情况下纵细胞和分子，大限度地减少损伤并保持细胞活力。
- 动态测量：SENSOCELL 系统中集成的各种预定义和可定制的陷阱运动程序允许实时监测机械性能和对施加力的响应，从而深入了解动态细胞过程。
- 高空间分辨率：光镊检测可以靶向细胞膜的特定区域或单个受体，从而实现局部测量和作。

结论

SENSOCELL 光镊为研究细胞膜的机械特性和膜受体的力依赖性行为提供了一种强大而的方法。