利用微管力传感器对游动衣藻细胞的动态力测量

鞭毛和纤毛是微生物生命中具有感知和导航环境等基本功能的细胞附属物。为了推进游动微生物，它们通过周期性运动排开周围流体，而其拍打模式的精确时序调制使细胞能够朝向或远离特定位置转向。然而，表征动态力具有挑战性，通常依赖于间接实验方法。在此，我们展示了在受控环境中对运动型莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）细胞动态力的直接活体测量。实验基于将活体微生物部分吸入微管力传感器尖端，并以高时间分辨率和亚像素空间分辨率光学记录微管的位置波动。我们提供了微管力传感器的解析弹流-水动力学模型，并描述了如何通过动态力校准获得微管的完整频率响应函数。利用该方法，我们发现单个莱茵衣藻细胞在自由游动活动中由协调的鞭毛拍打产生23$\pm$5 pN的动态力，频率为51$\pm$6 Hz。除在体相液体环境中的测量外，我们还研究了这种双鞭毛微型游动者在固/液界面附近的动态力。当我们逐渐减小游动微生物到界面的距离时，在大于拍打鞭毛最大伸展范围的距离处测得显著增强的力传递，突出了流体动力学相互作用对于鞭毛微生物遭遇表面的情形的重要性。