一个活细胞或微生物能施加的力很小，通常不大于几纳米牛顿。相比之下，1纳米牛顿是一支巧克力棒重量的十亿分之一。然而，对生物体和微生物来说，这些力足以允许细胞贴附一个表面或让微生物推动自己朝营养方向发展。
芬兰和德国的科学家现在提出了一种高度适应性的技术——微型移液管力传感器（micropipette force sensors），可以精确地测量各种微米尺寸的生物体施加的力，这一新方法已经发表在国际期刊《Nature Protocols》。
为了生存和增殖，生物细胞必须成功地适应生存环境条件。它们需要一种机械力：附着于其他细胞或一个表面，最终形成生物膜，一种保护细胞群落免受外部攻击的结构。例如，许多微生物可以在表面爬行或在液体中游泳，向营养源主动靠近。为了提高我们对微生物如何移动自己的基本认识，我们必须测量有关它们移动的机械力。
Matilda Backholm博士和Oliver Bäumchen博士合作描述了测量活细胞和微生物力的工具——微型移液管力传感器的发明。“微型移液管力传感器技术的工作原理非常简单：通过光学观察校准微型移液管的偏转，直接测量作用在移液管上的力，”芬兰阿尔托大学应用物理系研究员Matilda Backholm说。
该微型移液管是一个中空的玻璃针，其厚度大约等于或小于人类头发的直径。这项技术最显著的优点之一是它可以应用于多种生物系统，从单细胞到毫米大小的微生物。
“我们用微生物学中的两个模型系统证明了该方法的多功能性，这项技术将来肯定可以应用于其他生物系统，”德国Max Planck研究所动力与自组织研究小组负责人Oliver Bäumchen说。
“这项技术背后的想法是结合几种已建立的生物物理技术优势：我们用一根微型移液管来抓取活细胞，就像体外受精操作一样，用原子力显微镜测量移液管的偏转来研究机械力，”Bäumchen说。
Backholm博士补充了另一个主要优势：“与其他测量方法相比，我们只需用先进的显微镜观察，就可以高度敏感地检测出微型移液管的偏转。这使我们能够在测量力的同时，以高光学分辨率检查微生物的形状和运动。”所有操作，细胞或微生物都是活的、完整的。这允许研究人员测量它们对药物、营养、温度和其他环境因素的反应。“力的分辨率真的很显著，”Bäumchen博士补充说。“随着技术进步，我们成功地探测到了大约10个皮牛顿的力，这几乎与原子显微镜一样优秀。”
研究人员预计，未来他们的方法将走入其他研究型实验室，以解决大量重要的生物物理问题，旨在更好地了解细胞和微生物的生物学功能和基本物理原理。
Backholm博士指出，这些研究方法确实可以促进生物医学和生物技术应用：“微型移液管力传感器技术可能有助于识别抗传染病药物，并抑制医学植入物上生物膜的形成，而这仅仅是这种新方法可能产生重大影响的几个简单例子。”