超靈敏納米探測裝置能“聽”到細胞跳動

美國加州大學圣地亞哥分校研究人員開發出一種超靈敏探測裝置，其靈敏度要高出原子力顯微鏡10倍，能夠收集并量化微弱的力和聲音。他們5月15日發表在《自然·光子學》雜志上的論文稱，這一裝置可以感受到細菌移動產生的力量，能“聽”到心肌細胞跳動的聲音。

該裝置是一種直徑只有人類頭發直徑百分之一的納米光纖，由極薄的二氧化錫纖維制成，表面涂上聚乙二醇薄層，并嵌有金納米粒子。其工作原理是：當被光線照射時，金納米粒子會與光相互作用，將光散射。這些光信號以特定的強度出現，可以用傳統顯微鏡觀察到。當光纖被置于含有活細胞的溶液中時，來自細胞的力或聲波會撞擊金納米粒子，將它們推入聚乙二醇涂層，從而更接近光纖，粒子與光的相互作用會更強烈，產生的光信號會更強。通過對光信號進行分析，研究人員可檢測出光纖從周圍細胞拾取的力或聲音的強度。

當這一裝置被放置在含有活幽門螺旋桿菌的溶液中時，它可以檢測到160飛牛頓（10萬億分之一牛頓）的力，這也是幽門螺旋桿菌在腸道中移動產生的力量。而若把其放置在小鼠心肌細胞的培養液中，它能檢測到心肌細胞跳動的聲音，這比人耳所能聽到的最弱音量還要低1000倍。

該裝置的關鍵是聚乙二醇涂層，它就像一個彈簧墊，要足夠靈敏才能被細胞產生的微弱的力或聲波壓縮到不同的厚度。而這一涂層是可以調整的：如果想要測量更大的力，可以使用更硬的涂層；如果要測量的力很小，則可以使用像水凝膠一樣的較軟涂層。

研究人員表示，作為一種超靈敏的納米機械探測工具，新裝置為研究一些微弱力提供了有力支持。它不僅能夠收集微弱的力和聲音，還可以對其進行量化；不僅比原子力顯微鏡更靈敏，也比原子力顯微鏡更小巧。他們計劃使用這種納米光纖來測量單個細胞的生物活性和機械行為；改善這種光纖的“聽力”，以創建超靈敏的生物聽診器，并用于開發新的成像技術。