2025年11月，一篇发表于顶级学术期刊《Nature Methods》的论文《Light-induced Extracellular Vesicle and Particle Adsorption》引起广泛关注。
研究人员用紫外光在玻璃表面“画”出微小图案，让细胞外囊泡按照预设形状排列，并进一步观察细胞如何响应这些空间分布：胶质母细胞瘤细胞沿着囊泡构成的“面包屑”轨迹迁移，中性粒细胞则向细菌来源的囊泡图案集结。
这项技术被命名为LEVA，即光诱导细胞外囊泡与颗粒吸附。具体来说，研究人员先对玻璃表面进行功能化处理，再根据数字模板选择性照射紫外光。被照射区域的表面性质发生改变，当细胞外囊泡或其他颗粒加入后，便优先吸附在相应位置，形成线条、圆形、梯度以及更复杂的空间图案。
过去难以灵活控制的囊泡空间分布，因此变成了一项可以设计和修改的实验变量。
而在更早的2022年，哈佛大学研究团队已经在《Nature Methods》发表Light-Seq技术：研究人员根据显微图像选择固定细胞或组织中的目标区域，再按照数字图案投射紫外光，使含CNVK光交联基团的DNA条码在目标区域与cDNA发生光交联。未交联的条码经洗涤去除，获得空间索引的cDNA随后被提取、建库并测序。
一个用光规定囊泡在表面的吸附区域，一个用光选择哪些区域获得空间条码并进入下游分析。
两种方法面对的样本、反应化学和实验流程不同，但它们都共享同一技术底座：即借助DMD（Digital Micromirror Device，数字微镜器件）图案化光投影，将预先设计的紫外光图案准确投射到样本平面。
DMD 图案化结构光在 Light-Seq 与 LEVA 中的不同空间操作
从论文中的技术底座，到可集成的显微光控模块
DMD由大量可以独立切换状态的微小反射镜组成。每枚微镜都像一个“光学像素”，通过改变反射方向，决定对应位置的光是否进入投影光路。当大量微镜协同工作，电脑中的数字图案便可以被转化为作用于样本平面的光照图形。
DMD原理图示
这类技术解决的，不只是“把光斑变得更复杂”，而是让研究人员可以按照实验设计决定：光落在哪里，是圆形、线条还是不规则轮廓；多个分散区域能否同时照明；光照何时开始、持续多久、使用多强的光。当目标位置或实验方案发生变化时，不必重新制作实体光掩模，也不必反复调整照明位置，只需修改数字图案和执行参数。
Light-Seq与LEVA先后发表于《Nature Methods》。前者将DMD图案化紫外光用于固定样本中的区域光标记，后者将其用于功能化表面的囊泡与颗粒微图案化。这说明DMD图案化光投影已经能够作为一种可编程的光学执行方式，进入不同的生命科学实验方法。
OptoNeuroBot®：让光照位置、形状与时序可以编程
论文展示了DMD图案化光投影的应用潜力，而实验室要在日常研究中调用这项能力，还需要解决光源配置、投影光路、显微镜适配、图案设计、设备同步与系统标定等一系列工程问题。
追光生物OptoNeuroBot®结构光投影仪采用同类DMD图案化光投影技术，将DMD、LED光源、投影光路、显微镜适配组件与NeuroMind™软件集成为一套模块化商业系统，使实验室不必从零搭建投影光路和控制程序，即可在现有显微平台上开展图案化光照实验。
OptoNeuroBot®结构光投影仪与显微镜集成
系统采用1920×1080 DMD阵列。研究人员可以在显微图像上选定目标，绘制圆形、矩形、线条或自定义轮廓，并设置光照的起始时间、持续时间与强度。
感兴趣区域（Multi-ROI）照明：可将多个不同位置、形状和大小的感兴趣区域编入同一投射图案，在同一投射帧内同步照明，减少逐点处理造成的区域间时间差。
Multi-ROI可将多个分散区域编入同一投射图案，在同一投射帧内同步照明
NeuroMind™软件控制：支持ROI选择、光斑绘制、图形编辑、自定义动画与投影时序设置。实验图案发生变化时，可直接修改数字图案，无需重新制作实体光掩模。
在NeuroMind™中选择光斑绘制和图形编辑
显微镜与设备适配：支持主流正置、倒置显微镜及第三方相机。OptoNeuroBot®100与300均标配TTL，可与膜片钳、双光子显微镜等设备进行时序协同。
多波长配置：OptoNeuroBot®100采用单光源配置，OptoNeuroBot®300最多集成三种LED光源；可选617 nm、520 nm、459 nm和385 nm等波长，其他波长可根据实验需求评估。
长时程实验扩展：可与OptoGrow®载物台式活细胞培养系统联用。OptoNeuroBot®负责图案化光照，OptoGrow®负责维持温度、CO₂和湿度，显微镜及相机持续记录细胞响应。
OptoNeuroBot®与OptoGrow®载物台式活细胞培养系统联用
目前，OptoNeuroBot®已在多所高校与科研院所实现装机交付。
哪些研究可能用到这套能力
可编程光照的价值，不在于图案本身有多复杂，而在于它能否进入具体实验：解决原来难以控制的空间位置、照明时序和实验条件。
微图案化与光固化
对于生物材料、仿生基底、细胞微环境和类器官培养结构研究，常见需求是在光响应材料上形成圆孔、线条、梯度或复杂拓扑结构，并根据实验结果快速调整设计。OptoNeuroBot®可直接投射自定义图案，通过Multi-ROI组合多个区域，并根据实验需求设置光照强度与持续时间，减少反复制备实体光掩模的成本。
空间光标记与区域选择
对于空间组学、组织成像和区域光标记研究，关键问题是如何根据空间位置、细胞形态或成像信号选定目标区域，再对这些区域实施光控处理，并与后续测序或其他分析关联。ROI选择、图案化投影和时序控制可以提供空间选择所需的光学执行基础。Light-Seq已经展示，同类DMD图案化紫外光可用于固定样本中目标区域的DNA条码光交联。
光遗传学与细胞信号研究
对于神经科学、神经环路、细胞信号和蛋白质相分离研究，实验往往不是照亮整个视野，而是只刺激特定细胞、局部亚细胞结构或多个分散目标，同时与成像、电生理记录保持时序协同。OptoNeuroBot®可在细胞及亚细胞尺度绘制ROI，通过Multi-ROI在同一投射帧内同步照亮多个区域，并控制光照强度与持续时间。OptoNeuroBot®100与300均标配TTL，可与膜片钳、双光子显微镜等设备进行时序配合。
长时程活细胞光控实验
对于长时间光刺激、延时成像和细胞命运追踪实验，光照只是条件之一。细胞离开培养箱后，温度、CO₂和湿度波动也可能影响细胞状态，使环境变化与实验处理共同作用于结果。OptoNeuroBot®可与OptoGrow®载物台式活细胞培养系统联用：前者负责目标定位和图案化光照，后者维持温度、CO₂和湿度，显微成像系统持续记录细胞响应。三者协同，可在相对稳定的培养条件下开展单区域或多区域光刺激，降低环境波动成为实验混杂变量的可能性。
从看见样本，到让光按实验设计作用
从空间条码到囊泡微图案，不同方法调用的其实是同一种底层能力：让光按照电脑中设定的位置和形状，准确投射到样本上。
追光生物 OptoNeuroBot®将这种能力带入现有显微实验平台。研究人员可以根据显微图像定义目标区域，并对光照的位置、形状、强度和时序进行编程，让光按照实验方案作用于指定位置。
它所提供的，不是一种固定的实验方法，而是一套可被不同光控实验调用的图案化光学执行能力。
从“看见样本”，到“让光按照实验设计作用于样本”，OptoNeuroBot®正在为显微实验增加一种新的控制维度。
如果您正在评估图案化光照在实验中的可行性，欢迎发送邮件至sales@optoseeker.com，进一步获取 OptoNeuroBot®产品资料与应用案例。
参考文献：
1.Hisey, C. L. et al. Light-induced extracellular vesicle and particle adsorption. Nature Methods 22, 2609–2621 (2025).
2.Kishi, J. Y. et al. Light-Seq: light-directed in situ barcoding of biomolecules in fixed cells and tissues for spatially indexed sequencing. Nature Methods 19, 1393–1402 (2022).
粤公网安备44030002004557号
