纳米粒子技术测量微小秀丽隐杆线虫的咬合力

斯坦福大学的一个由材料科学家、物理学家、机械工程师和分子生理学家组成的团队开发了一种纳米粒子技术，可用于测量生物体内的力动力学，如秀丽隐杆线虫叮咬食物

在发表在《自然》杂志上的论文中，该小组描述了他们如何使用红外辐射激发发光纳米晶体，从而可以测量秀丽隐杆线虫体内细胞的能量水平

乌特勒支大学的Andries Meijerink在同一期期刊上发表了一篇《新闻与观点》文章，概述了该团队在加利福尼亚州所做的工作

正如Meijerink所指出的那样，能够测量生物内部的力可以大大有助于更好地理解内部分子过程。迄今为止，由于需要在可变范围和尺度上进行遥感，这些努力受到了阻碍。在这项新的研究中，研究小组找到了解决这些问题的方法，他们测量了秀丽隐杆线虫消化道内肌肉的力量

这项工作建立在先前的研究基础上，该研究表明，如果发射光谱受到某些物理变化的影响，如温度或压力的影响，发光分子的光可用于遥感。他们将铒和镱纳米晶体嵌入到大约细菌大小的聚苯乙烯小球中，然后将它们喂给秀丽隐杆线虫。球体的大小使它们能够穿过蠕虫的消化系统，直到它们遇到一个被称为研磨器的结构，就像它的名字所暗示的那样，研磨蠕虫吃的食物

研究人员指出，研磨机是通过拉紧和释放底层肌肉来操作的。研究人员引入的球体进入了这些肌肉。然后，当研磨机被激活时，研究人员通过微型荧光阅读显微镜监测纳米晶体

这使得研究小组能够测量蠕虫使用研磨机时发光分子光谱的变化。然后，他们能够利用这些变化来计算蠕虫的研磨肌肉消耗了多少能量。他们发现咬合力约为10µN

研究小组的结论是，他们的工作表明，可以测量生物内部的力动力学，这可能会为研究内部生物过程带来新的方法 More information: Jason R. Casar et al, Upconverting microgauges reveal intraluminal force dynamics in vivo, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08331-x

Andries Meijerink, Light turns tiny crystals into force sensors, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-024-04103-9

Journal information: Nature