有什么法子能够让水滴、串珠甚至在世的小虫子毫发无损地悬浮起来？魔法世界里能够像哈利波特那样施一个“漂浮咒”，实际世界里就要想其他法子了。
你没看错，这也不是魔术。这是南开大学化学学院的张新星课题组采用声镊手艺搭建的声悬浮（acoustic levitation, AL）装配。这种声悬浮装配能囚禁加湿器发生的水雾并凝聚成悬浮水滴，巨细纷歧的串珠（图1左）以及张牙舞爪的小虫子（图1右），也都能够“漂”在空中。无需高压、强磁场、真空，悬浮样品随意取放，便携、把持简洁且平安，甚至能够在家庭和中小学作为科普教具使用。
图1. 声镊装配悬浮串珠（左）和活虫（右）。图片起原：南开大学张新星课题组
这种声镊装配的“机要”，就在上下两个碗状的超声波换能器阵列中（图2A、B）。超声波换能器，即超声波发生器，网上一搜一大堆，最常见的应用是号称“狗见愁”的驱狗器，怕狗人士的必备。这种声镊装配使用的是通俗市售的超声波换能器，发出40 kHz频率的超声波，重点在于每个换能器的相对位置都经由严厉的数学模拟所确定，经由编程所有换能器发出完全一般的声波，以确保声波经由过问在轴向形成单轴驻波（图2C）。
图2. 声镊装配实物和道理图。图片起原：Angew. Chem. Int. Ed.
显然，设计这种声镊装配并不是为了好玩，张新星课题组进展用它来操控物体，进行更多此前难以进行的研究。提到声镊，估量不少读者会想到有名的光镊。2018年的诺贝尔物理学奖的一半颁给了光镊手艺的发现者阿瑟•阿什金。光镊手艺运用“激光之力”操控物体，如细菌、细胞甚至是DNA等，已经在生物学范畴实现了普遍的应用。但正如英国布里斯托大学传授Bruce Drinkwater所说，“光镊是一种美妙的手艺，但老是有点危险，几乎要杀死被移动的细胞。”比拟之下，达到沟通的操作结果，声音对生物系统的损害要小得多，几可忽略不计，声镊手艺将更有进展应用于生物和医药范畴。此外，与另一种有名的悬浮手艺——磁悬浮比拟，声悬浮对被悬浮物体的材质或磁性并不抉剔。
基于此，张新星课题组近日结合加州理工学院Beauchamp传授课题组使用自行斥地的声镊-场致液滴电离质谱（AL-FIDI-MS）手艺，以全新的视角研究了光动力疗法在分子层面的回响机理。相关研究功效揭橥在Angew. Chem. Int. Ed.上，第一作者、第二作者离别为南开大学化学学院博士研究生慕超男和硕士研究生汪杰。
癌症的光动力疗法在临床上已经获得了普遍的应用，尽管人们对其根基感化机理的熟悉相对成熟，但对其感化的分子机制其实认识甚少，好比光敏剂发生的单线态氧和底物分子（好比不饱和磷脂）之间的回响在分子水平上的细节和究竟至今仍并不清楚。该研究团队另辟门路，连系声镊和场致液滴电离质谱手艺来研究光动力疗法中脂氧化的分子机理。个中，声镊装配使得液滴悬浮，成为“无容器”的回响器，以完全清扫容器壁接触带来的干扰。
图3. AL-FIDI-MS实验装配图。图片起原：Angew. Chem. Int. Ed.
如图3所示，FIDI-MS的两个电极与声镊装配联用，个中一电极为高压脉冲电极，另一电极为接地质谱仪进口。在触发瞬时脉冲电压之后，被悬浮在两个电极间的液滴会被撕扯成纺锤状，形成双向“泰勒锥（Taylor cone）”，进入质谱被检测（图3C）。因为泰勒锥释放的微小液滴是由原液滴外观撕扯出来，是以该手艺具有高达1到10万倍的气液界面选择性。值得一提的是，图3C的双向泰勒锥由华为手机Mate 10 Pro的慢速摄影模式拍得。（咳咳……华为市场团队，若是看到本文请自动关联交一下告白费……
具体实验中，该研究团队以最常见的temoporfin作为光敏剂，研究了18:1心磷脂（CL）和POPG磷脂的过氧化回响。在气液界面处，亲脂性的temoporfin倾向于群集在疏水相，650 nm波长的红光（就是我们平时生活中所用的红色激光笔）照射下（图3B），光敏剂所发生的单线态氧冲击18:1心磷脂或POPG的疏水端油基链上的双键。质谱检测到带有四个不饱和链的18:1心磷脂的氧化产品CL(OOH)1-42-和POPG的氧化产品POPG(OOH)-。经由检测CL和POPG的氧化产品碰撞解离碎片发现，CL和POPG的每条不饱和脂肪酸链离别只被氧化一次（图4）。
图4. CL和POPG氧化产品的质谱学剖析。图片起原：Angew. Chem. Int. Ed.
单线态氧冲击和氧化碳长链中不饱和双键生成过氧化物的机理已被人人熟知（图5A），那为什么单线态氧没有持续氧化带有-OOH基团的不饱和碳链，也就是说，为什么每条链只被氧化一次呢？作者们给出了很好的注释：氧化回响发生在疏水区域，而发生氧化后，碳长链上带有的氢化过氧基团（OOH）将会显著增加碳链的亲水性，强行将其“拽离”氧化的“主疆场”（疏水区域），将其“拖至”水相部门，与水分子形成氢键，从而导致其避免进一步被氧化（图5B）。而这一行为将会骚动磷脂分列，最终导致细胞膜的渗漏甚至细胞的灭亡。这一注释在其他研究者们的分子动力学模拟较量究竟中也有提出，而该研究团队则首次直接运用实验手段在分子层面上直接进行了证实，意义重大。
图5. 界面磷脂过氧化的分子机理。图片起原：Angew. Chem. Int. Ed.
综上所述，张新星课题组与Beauchamp传授课题组连系声镊和场致液滴电离质谱手艺，以全新的视角研究了光动力疗法在分子层面的回响机理。他们发现，光敏剂发生的单线态氧和带有多条不饱和链的磷脂底物分子回响，只会将每条不饱和脂肪酸链离别只氧化一次，且发生的带有-OOH基团的不饱和碳链不会被持续氧化。这是因为-OOH导致链的亲水性显著增加，被“拖至”水相，增加膜渗透性并最终激发癌细胞灭亡。声镊手艺在本项工作中施展了显著的感化，也有潜力应用于更多研究范畴。
