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高出原子力顯微鏡10倍 超靈敏探測(cè)裝置可“聽(tīng)”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(kāi)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(tīng)”到心肌細(xì)胞跳動(dòng)的聲音。

    該裝置是一種直徑只有人類(lèi)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?chē)?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(mén)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(mén)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(tīng)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(tīng)力”,以創(chuàng)建超靈敏的生物聽(tīng)診器,并用于開(kāi)發(fā)新的成像技術(shù)。

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