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高出原子力顯微鏡10倍 超靈敏探測(cè)裝置可“聽”細(xì)胞

[2017/5/19]

    美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員開發(fā)出一種超靈敏探測(cè)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(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上的論文稱，這一裝置可以感受到細(xì)菌移動(dòng)產(chǎn)生的力量，能“聽”到心肌細(xì)胞跳動(dòng)的聲音。

    該裝置是一種直徑只有人類頭發(fā)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(dāng)被光線照射時(shí)，金納米粒子會(huì)與光相互作用，將光散射。這些光信號(hào)以特定的強(qiáng)度出現(xiàn)，可以用傳統(tǒng)顯微鏡觀察到。當(dāng)光纖被置于含有活細(xì)胞的溶液中時(shí)，來(lái)自細(xì)胞的力或聲波會(huì)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(huì)更強(qiáng)烈，產(chǎn)生的光信號(hào)會(huì)更強(qiáng)。通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分析，研究人員可檢測(cè)出光纖從周圍細(xì)胞拾取的力或聲音的強(qiáng)度。

    當(dāng)這一裝置被放置在含有活幽門螺旋桿菌的溶液中時(shí)，它可以檢測(cè)到160飛牛頓（10萬(wàn)億分之一牛頓）的力，這也是幽門螺旋桿菌在腸道中移動(dòng)產(chǎn)生的力量。而若把其放置在小鼠心肌細(xì)胞的培養(yǎng)液中，它能檢測(cè)到心肌細(xì)胞跳動(dòng)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(guān)鍵是聚乙二醇涂層，它就像一個(gè)彈簧墊，要足夠靈敏才能被細(xì)胞產(chǎn)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(diào)整的：如果想要測(cè)量更大的力，可以使用更硬的涂層；如果要測(cè)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(jī)械探測(cè)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(duì)其進(jìn)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(jì)劃使用這種納米光纖來(lái)測(cè)量單個(gè)細(xì)胞的生物活性和機(jī)械行為；改善這種光纖的“聽力”，以創(chuàng)建超靈敏的生物聽診器，并用于開發(fā)新的成像技術(shù)。