The force exerted by an optical trap on a dielectric bead in a fluid is often found by fitting a Lorentzian to the power spectrum of Brownian motion of the bead in the trap. We present explicit functions of the experimental power spectrum that give the values of the parameters fitted, including error bars and correlations, for the best such χ2 fit in a given frequency range. We use these functions to determine the information content of various parts of the power spectrum, and find, at odds with lore, much information at relatively high frequencies. Applying the method to real data, we obtain perfect fits and calibrate tweezers with less than 1% error when the trapping force is not too strong. Relatively strong traps have power spectra that cannot be fitted properly with any Lorentzian, we find. This underscores the need for better understanding of the power spectrum than the Lorentzian provides. This is achieved using old and new theory for Brownian motion in an incompressible fluid, and new results for a popular photodetection system. The trap and photodetection system are then calibrated simultaneously in a manner that makes optical tweezers a tool of precision for force spectroscopy, local viscometry, and probably other applications.

Combining extensive single particle tracking microscopy data of endogenous lipid granules in living fission yeast cells with analytical results we show evidence for anomalous diffusion and weak ergodicity breaking. Namely we demonstrate that at short times the granules perform subdiffusion according to the laws of continuous time random walk theory. The associated violation of ergodicity leads to a characteristic turnover between two scaling regimes of the time averaged mean squared displacement. At longer times the granule motion is consistent with fractional Brownian motion.

The viscoelastic properties of the cytoplasm of living yeast cells were investigated by studying the motion of lipid granules naturally occurring in the cytoplasm. A large frequency range of observation was obtained by a combination of video-based and laser-based tracking methods. At time scales from ${10}^{\ensuremath{-}4}$ to ${10}^{2}\text{ }\mathrm{s}$, the granules typically perform subdiffusive motion with characteristics different from previous measurements in living cells. This subdiffusive behavior is thought to be due to the presence of polymer networks and membranous structures in the cytoplasm. Consistent with this hypothesis, we observe that the motion becomes less subdiffusive upon actin disruption.

The ability to perform noninvasive, non-contact measurements of electric signals produced by action potentials is essential in biomedicine. A key method to do this is to remotely sense signals by the magnetic field they induce. Existing methods for magnetic field sensing of mammalian tissue, used in techniques such as magnetoencephalography of the brain, require cryogenically cooled superconducting detectors. These have many disadvantages in terms of high cost, flexibility and limited portability as well as poor spatial and temporal resolution. In this work we demonstrate an alternative technique for detecting magnetic fields generated by the current from action potentials in living tissue using nitrogen vacancy centres in diamond. With 50pT/$\sqrt{Hz}$ sensitivity, we show the first measurements of sensing from mammalian tissue with a diamond sensor using mouse muscle optogenetically activated with blue light. We show these measurements can be performed in an ordinary, unshielded lab environment and that the signal can be easily recovered by digital signal processing techniques.

Cardiovascular diseases are currently the most common cause of death in developed countries. Due to lifestyle and environmental factors, this problem is only expected to increase in the future. Reactive oxygen species (ROS) are a key player in the onset of cardiovascular diseases but also have important functions in healthy cardiac tissue. Here, the interplay between ROS generation and cardiac mechanical forces is shown, and the state of the art and a perspective on future directions are discussed. To this end, an overview of what is currently known regarding ROS and mechanosignaling at a subcellular level is first given. There the role of ROS in mechanosignaling as well as the interplay between both factors in specific organelles is emphasized. The consequences at a larger scale across the population of heart cells are then discussed. Subsequently, the roles of ROS in embryogenesis, pathogenesis, and aging are further discussed, exemplifying some aspects of mechanoregulation. Finally, different models that are currently in use are discussed to study the topics above.

Nanodiamonds (NDs) with NV − defect centers are great probes for bionanotechnology applications, with potential to act as biomarkers for cell differentiation. To explore this concept, uptake of NDs (~120nm) by THP-1 monocytes and monocyte-derived M0-macrophages is studied. The time course analysis of ND uptake by monocytes confirms differing ND-cell interactions and a positive time-dependence. No effect on cell viability, proliferation and differentiation potential into macrophages is observed, while cells saturated with NDs, unload the NDs completely by 25 cell divisions and subsequently take up a second dose effectively. ND uptake variations by THP-1 cells at early exposure-times indicate differing phagocytic capability. The cell fraction that exhibits relatively enhanced ND uptake is associated to a macrophage phenotype which derives from spontaneous monocyte differentiation. In accordance, chemical-differentiation of the THP-1 cells into M0-macrophages triggers increased and homogeneous ND uptake, depleting the fraction of cells that were non-responsive to NDs. These observations verify that ND uptake allows for distinction between the two cell subtypes based on phagocytic capacity. Overall, NDs demonstrate effective cell labeling of monocytes and macrophages, and are promising candidates for tracking biological processes that involve cell differentiation.