Noninvasive interception of circulating leukocyte in vivo by optical tweezer array
光镊阵列首次实现活体白细胞非侵入式拦截与操控
Sisi Ge, Jinhua Zhou, and Xunbin Wei
Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 19, No. 01, 2550034 (2026)
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545825500348
导语
白细胞是免疫系统的核心成员，其数量与功能的异常与多种疾病密切相关。传统白细胞检测需多次采血，且难以实现活体、实时的细胞操控。近日，来自北京大学魏勋斌教授团队一项基于光镊阵列的创新研究成功实现了在活体小鼠血管与淋巴管中对循环白细胞的无标记、非侵入式拦截与减速操控，为免疫细胞活体研究开辟了新途径。
正文
该研究团队构建了一套定制化的 2X3光镊阵列系统，利用白细胞与红细胞在血流中的速度差异，在直径15-20μm的血管中实现了对单个白细胞的稳定捕获，并在直径大于20μm的血管中成功减速多个白细胞。更引人注目的是，该系统首次在直径超过50μm的淋巴管中实现了光学阻断，为淋巴系统研究提供了新工具。
图1：系统示意图与拦截原理
图4：单个白细胞捕获与碰撞稳定性展示
研究通过衍射光学元件将单束激光分成6个独立光阱，形成稳定可控的光镊阵列。在小鼠耳部血管与淋巴管中，系统成功实现了：
●血管内细胞流动减速与瞬态回流；
●淋巴管内细胞聚集与光学阻断；
●单个白细胞在高流速下的稳定捕获；
●多个白细胞的同时减速。
实验表明，光镊阵列在组织散射影响下仍保持稳定的捕获性能，且所需激光功率低于单光束光镊，具有较好的生物安全性。
主要创新点
1.首次实现活体白细胞光学拦截：在高流速血管中实现对>10μm白细胞的非侵入式捕获。
2. 淋巴管光学阻断：首次在>50μm淋巴管中实现细胞聚集与流动控制。
3. 多细胞同步操控：光镊阵列可同时减速多个白细胞，适用于群体细胞行为研究。
4. 无需标记与复杂校正：系统结构简洁，无需荧光标记或自适应光学校正。
应用前景
该技术为免疫细胞活体研究、实时病理监测、细胞提取与分析提供了全新平台。未来可应用于：
●癌症免疫治疗中免疫细胞行为的动态监测；
●自身免疫疾病模型中白细胞功能的实时评估；
●淋巴系统药物递送与细胞治疗的实时调控；
●单细胞水平活体诊断与精准医学研究。
结语
光镊阵列技术为活体细胞操控提供了高精度、非侵入式的新工具，不仅拓展了光学生物操控的应用边界，也为免疫学、肿瘤学等领域的活体研究带来了重要突破。未来随着系统集成与深度组织适用性提升，该技术有望成为活体细胞分析的标准工具之一。
通讯作者简介
魏勋斌，北京大学跨学部生物医学工程系/北京大学肿瘤医院（双聘）博雅特聘教授， 。研究方向为生物医学光子学、肿瘤光学分子成像技术与应用。
更多详情见https://pkuici.bjmu.edu.cn/szdw/yjyPI/wxb/index.htm
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