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超灵敏纳米探测装置能“听”到细胞跳动的声音
罗纳尔多 2017-05-17
导语

研究人员表示,作为一种超灵敏的纳米机械探测工具,新装置为研究一些微弱力提供了有力支持。它不仅能够收集微弱的力和声音,还可以对其进行量化;不仅比原子力显微镜更灵敏,也比原子力显微镜更小巧。

美国加州大学圣地亚哥分校研究人员开发出一种超灵敏探测装置,其灵敏度要高出原子力显微镜10倍,能够收集并量化微弱的力和声音。这一装置可以感受到细菌移动产生的力量,能“听”到心肌细胞跳动的声音。该研究成果5月15日发表在《自然·光子学》杂志上。


该装置是一种直径只有人类头发直径百分之一的纳米光纤,由极薄的二氧化锡纤维制成,表面涂上聚乙二醇薄层,并嵌有金纳米粒子。其工作原理是:当被光线照射时,金纳米粒子会与光相互作用,将光散射。这些光信号以特定的强度出现,可以用传统显微镜观察到。当光纤被置于含有活细胞的溶液中时,来自细胞的力或声波会撞击金纳米粒子,将它们推入聚乙二醇涂层,从而更接近光纤,粒子与光的相互作用会更强烈,产生的光信号会更强。通过对光信号进行分析,研究人员可检测出光纤从周围细胞拾取的力或声音的强度。

当这一装置被放置在含有活幽门螺旋杆菌的溶液中时,它可以检测到160飞牛顿(10万亿分之一牛顿)的力,这也是幽门螺旋杆菌在肠道中移动产生的力量。而若把其放置在小鼠心肌细胞的培养液中,它能检测到心肌细胞跳动的声音,这比人耳所能听到的最弱音量还要低1000倍。

该装置的关键是聚乙二醇涂层,它就像一个弹簧垫,要足够灵敏才能被细胞产生的微弱的力或声波压缩到不同的厚度。而这一涂层是可以调整的:如果想要测量更大的力,可以使用更硬的涂层;如果要测量的力很小,则可以使用像水凝胶一样的较软涂层。

研究人员表示,作为一种超灵敏的纳米机械探测工具,新装置为研究一些微弱力提供了有力支持。它不仅能够收集微弱的力和声音,还可以对其进行量化;不仅比原子力显微镜更灵敏,也比原子力显微镜更小巧。他们计划使用这种纳米光纤来测量单个细胞的生物活性和机械行为;改善这种光纤的“听力”,以创建超灵敏的生物听诊器,并用于开发新的成像技术。

文章链接:

Qian Huang, et al, "Nanofibre optic force transducers with sub-piconewton resolution via near-field plasmon–dielectric interactions," Nature Photonics, 2017; DOI: 10.1038/nphoton.2017.74

(本文文字来源:科技日报,作者:刘海英;)

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  • 纳米光纤
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作者 罗纳尔多

学生

北京理工大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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