#力学#科普| 刺破细胞膜没那么容易！电子科大这位美女学者给单个细胞扎针上万次，终于发现原因！ |美女|电子科技大学|药品|

将外源分子注入单细胞以及对细胞内部做力学研究是细胞生物学的研究热点之一，但是做到这些的前提是将针尖刺入到细胞内部。

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用针头扎破细胞，成功率只有20%-80% ，为什么有的细胞扎不进去？原因是：有的细胞像皮球，而有的像帐篷。
然而，大量实验表明，由磷脂双分子层构成的细胞膜就像一道神奇的屏障，即便是比头发丝细一千倍的纳米针也很难刺入，成功扎透细胞膜的概率在20%到80%之间，有时候甚至怎么都扎不进去。

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电子科技大学机械与电气工程学院美女学者范娜博士
小小细胞隐藏着诸多奥秘，细胞膜究竟具有怎样的力学特性，长期令人难以捉摸。为了探究细胞膜的应力机制，机械与电气工程学院彭倍教授团队青年教师、中共党员范娜博士从细胞生物力学的角度做了长期研究。
她最终为彻底解开这个谜团带来了全新的思路，发现了纳米针尖和细胞膜相互作用时的刺入机理，并找到了两种大幅度提高“刺入率”的诀窍。
这是机械与电气工程学院在细胞生物力学研究领域的重要突破，其研究成果已在国际著名期刊《Small》上发表。
彭倍教授团队青年教师范娜为该论文的第一作者、副教授姜海为共同第一作者，彭倍教授为论文联合通讯作者，电子科技大学机械与电气工程学院为第一作者单位和通讯作者单位。
发现科学问题：给细胞打针充满谜团刺入活体细胞探究生命的奥秘是生命科学家的梦想，尤其是，如何给人体普遍存在的成纤维细胞注入药物、蛋白质或转录因子，以诱导这些普通的细胞变成“万能”的“诱导多能干细胞” ，成为越来越强烈的需求。
设想一下，只要取一个成纤维细胞，比如普通的皮肤细胞，就可以诱导产生干细胞，进而分化成完全没有免疫反应的全新的眼角膜、全新的皮肤、全新的器官，这将是多么奇妙的事情！这项技术一旦成熟，将会为人类的生命和健康事业带来巨大的福祉。

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图1 纳米探针给细胞“扎针”
有了这种技术，人类要研发和测试新药也可以摒弃传统的、在伦理方面饱受诟病的动物活体试验方法，而是通过在体外培育特定的人体细胞组织，并放心地进行高通量的药物测试。这样既可以大大缩短测试新药的时间，也可以更加准确地了解药物的效用。
然而，细胞膜的存在给生命科学家进入细胞内部设置了一道巨大屏障。这层薄膜主要由磷脂双分子构成，厚度仅为8-10nm ，具有半透性且富有流动性。
在针刺方法诞生之前，要想突破这层防线，就得派遣“比针尖还小一万倍”的“特洛伊木马” ，即让携带转录因子的病毒对细胞进行转染。
但是，使用病毒转染的方式存在致癌风险且转染成功的概率仅为1% ，尤其是很难区分哪些细胞已被转染、哪些细胞未被转染，转染程度无法进行精确的量化控制。
【#力学#科普| 刺破细胞膜没那么容易！电子科大这位美女学者给单个细胞扎针上万次，终于发现原因！】因此，科学家逐步探索出了无病毒、非破坏性、可量化控制的新方法，即给细胞“打针” ，直接把药物、蛋白质或转录因子精准地注入单个细胞内部。
范娜在梳理学界给细胞“打针”的研究成果时发现，纳米针要刺入细胞膜并不容易，刺入效率的范围低时可至20% ，高时可达80% ，浮动区间很大，各不相同。
虽然生物学家已经注意到这个现象，但“知其然而不知其所以然” 。