近日，上海交通大学自然科学研究院和物理与天文学院的张何朋课题组成功利用矢量偏振光场调控细胞运动，并提出相关理论模型。研究成果于2月4日在Physical Review Letters发表，题为“Controlling Cell Motion and Microscale Flow with Polarized Light Fields”；该论文被编辑遴选为Editors’Suggestion，获得APS官网的亮点报道。

运动细胞普遍存在于自然界中，典型的例子包括细菌、精子和藻类等。细胞的运动能力可帮助这些生物获取食物、寻找适合的生存环境，是它们不可或缺的生物功能。同时，运动微生物能在微纳米尺度实现主动物质输运，在药物输运、微流芯片等场景中有重要应用；而精确调控细胞运动是在这些应用场景中充分发挥其功能的必要条件之一。

张何朋课题组选择光调控作为应对这一挑战的技术路线。具体讲，他们将光敏感的纤细裸藻置于偏振光场中，发现细胞倾向在垂直于光偏振的方向运动。在空间均匀的偏振光场中，纤细裸藻形成有序的全局向列相运动，但平均速度为零。在有空间梯度的矢量偏振光场中，细胞运动受局域偏振方向的调控，能形成局域向列相，有非零的平均速度，并产生定向输运流场。研究人员可通过偏振光场的几何与拓扑特性精确调控纤细裸藻运动及其产生的输运流场；实验测量可在一个布朗动力学模型中得到重现。这些实验和理论结果证明偏振光场是调控细胞运动的有效方法。因为众多微生物具有光敏感性，该方法将有广阔的应用前景。

本论文的第一作者为博士生杨思远，通讯作者为张何朋教授，合作者包括博士生黄铭基和博士后赵永峰。研究工作得到了国家自然科学基金、教育部、上海市科委和教委的基金支持。

作者： 张何朋 供稿单位： 自然科学研究院