高出原子力顯微鏡10倍 超靈敏探測裝置可“聽”細(xì)胞

 美國加州大學(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)菌移動產(chǎn)生的力量，能“聽”到心肌細(xì)胞跳動的聲音。

 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，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(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，來自細(xì)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(chǎn)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(xì)胞拾取的力或聲音的強度。

 當(dāng)這一裝置被放置在含有活幽門螺旋桿菌的溶液中時，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(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，它能檢測到心肌細(xì)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(guān)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(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(xì)胞的生物活性和機械行為；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)。

 編輯點評
 在科學(xué)研究和工業(yè)界廣泛使用的掃描力顯微鏡，其基礎(chǔ)就是原子力顯微鏡。不過，其缺點在于成像范圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。美國加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員開發(fā)出一種超靈敏探測裝置比原子力顯微鏡要高得多，今后在細(xì)胞分析檢測領(lǐng)域?qū)⒛茏龅娇?ldquo;聽”的技術(shù)突破。