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醫(yī)療器械

超級(jí)金球納米耳機(jī)問世 傾聽細(xì)菌和病毒“談話”

激光制造商情 來源:科訊網(wǎng)2012-02-08 我要評(píng)論(0 )   

據(jù)國外媒體報(bào)道,一個(gè)直徑60納米的金球納米耳機(jī)成為有史以來最靈敏的收聽裝置,為細(xì)菌和其它微生物的無聲電影配音鋪平了道路。 德國慕尼黑大學(xué)的亞歷山大和他的同事們使...

   據(jù)國外媒體報(bào)道,一個(gè)直徑60納米的金球納米耳機(jī)成為有史以來最靈敏的收聽裝置,為細(xì)菌和其它微生物的無聲電影配音鋪平了道路。

 

  德國慕尼黑大學(xué)的亞歷山大和他的同事們使金納米粒子懸浮在一滴水中,并從激光束中捕獲了一個(gè)球體,然后從另外一個(gè)激光設(shè)備向幾微米外的其它球體發(fā)射了快速脈沖。脈沖擊中納米粒子后,納米粒子對(duì)周圍水產(chǎn)生干擾,引發(fā)壓力或者聲波。

 

  那些被激光捕獲的單一納米粒子隨后開始來回?fù)u動(dòng),好像是對(duì)聲波做出反應(yīng)。為了證實(shí)這種搖動(dòng)不是簡單的由于水分子的隨機(jī)行為,研究人員改變了聲波的頻率。這些俘獲粒子每次都隨著頻率改變而改變。并且它的移動(dòng)方向也對(duì)準(zhǔn)了聲波的方向。這進(jìn)一步證實(shí)了它對(duì)聲波做出了反應(yīng)。

 

  同樣在慕尼黑大學(xué)研究的團(tuán)隊(duì)成員安德烈說:“這個(gè)微小的麥克風(fēng)最低可收聽到負(fù)60分貝的聲音,這個(gè)分貝水平的百萬分之一才能被人耳所察覺,那樣使得納米耳機(jī)比任何收聽裝置都要靈敏。我們找不到任何其它聲音探測(cè)裝置能夠以如此高的靈敏度來探測(cè)聲波。”

 

  研究人員稱這項(xiàng)技術(shù)在未來或許能夠讓我們傾聽那些極小的生物,其中包括細(xì)胞和病毒。進(jìn)行這項(xiàng)研究同樣讓我們更多的了解細(xì)胞的機(jī)械特性和它們?nèi)绾无D(zhuǎn)變成為病變細(xì)胞。

 

  帕薩迪納市加州理工學(xué)院的楊長輝雖然不是團(tuán)隊(duì)成員,但也支持這一觀點(diǎn)。他說:“在顯微鏡下已經(jīng)觀察到活細(xì)胞的振動(dòng),但是卻沒有人能夠用麥克風(fēng)記錄下它們的聲音。借助這項(xiàng)技術(shù)順著這個(gè)方向進(jìn)行研究是非常有趣的。”

 

  在2008年,麻省理工學(xué)院的帕克和莫妮卡領(lǐng)導(dǎo)下的研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)紅細(xì)胞感染瘧原蟲時(shí),它們的振動(dòng)減弱,很顯然這是由于感染導(dǎo)致細(xì)胞變得僵硬。

 

  楊說:“這項(xiàng)金納米粒子技術(shù)最終或許可以讓我們探測(cè)到這樣的變化。這項(xiàng)創(chuàng)造性的技術(shù)將為我們打開新的研究領(lǐng)域。”

 

  你有沒有想過一個(gè)病毒聽起來像什么,或者一個(gè)細(xì)菌在宿主之間游走會(huì)發(fā)出什么噪音?如果答案是肯定的,那么由于世界上最小耳朵的發(fā)明,你或許很快就有機(jī)會(huì)搞清這一切。“納米耳”——被一道激光束俘獲的金微粒——能夠探測(cè)到僅為人類聽覺閾值一百萬分之一的聲音。研究人員認(rèn)為,這項(xiàng)研究將開啟“聲學(xué)顯微術(shù)”的一個(gè)全新領(lǐng)域,后者是利用生物體釋放的聲音對(duì)其進(jìn)行研究的一門科學(xué)。

 

  納米耳的概念起源于1986年被稱為光鑷子的一項(xiàng)發(fā)明。這種鑷子利用一個(gè)透鏡將一道激光束聚焦到一點(diǎn),從而能夠抓住微粒并移動(dòng)它們。光鑷子已經(jīng)成為分子生物學(xué)和納米技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)工具,幫助研究人員向細(xì)胞內(nèi)注入脫氧核糖核酸(DNA),甚至在DNA注入后對(duì)其進(jìn)行操作。光鑷子還能夠用來測(cè)量作用于微觀粒子上的極小的力;一旦你用激光束控制住你的粒子——而不是由你來讓其移動(dòng),你便只須用一臺(tái)顯微鏡或其他合適的觀測(cè)設(shè)備觀察它是否在自動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。這也正是納米耳遵循的道路。

 

  聲波隨著它們經(jīng)過的介質(zhì)粒子的前后移動(dòng)來傳播。因此為了探測(cè)聲音,你需要對(duì)這種前后運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。德國慕尼黑大學(xué)光子學(xué)與光電學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的光物理學(xué)家Jochen Feldmann和同事將一個(gè)直徑60納米的金微粒浸入水中,并用光鑷子夾住了它。

 

  Feldmann的研究團(tuán)隊(duì)記錄并分析了該粒子響應(yīng)聲振動(dòng)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)——這種聲振動(dòng)由在附近水中的其他金納米粒子的激光感應(yīng)加熱所導(dǎo)致。除了具有前所未有的敏感性外,他們的納米耳還能夠計(jì)算聲音來自于哪個(gè)方向。研究人員提出,使納米耳的三維陣列一道工作將能夠用來監(jiān)聽細(xì)胞或微生物,例如細(xì)菌和病毒,隨著運(yùn)動(dòng)和呼吸,它們都能夠釋放出非常微弱的聲振動(dòng)。Feldmann表示:“這里顯然存在著醫(yī)學(xué)上的可能性,我們可以用其來研究適當(dāng)?shù)娜巳海覀兪紫缺仨毟闱逅侨绾喂ぷ鞯摹?rdquo;

 

  丹麥哥本哈根市玻爾研究所光鑷子實(shí)驗(yàn)室的生物物理學(xué)家Lene Oddershede對(duì)此印象深刻,并推測(cè)這篇論文會(huì)激發(fā)該領(lǐng)域的其他科學(xué)家在研究微生物時(shí)尋求聲波的幫助。她說:“這真是一個(gè)有趣的想法,并且我們很容易做到這一點(diǎn),但我們之前從未進(jìn)行過任何嘗試。”然而Oddershede警告說,“我只能說這篇論文從這個(gè)意義上將是很鼓舞人心的”,但在超聲顯微鏡變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)之前,這項(xiàng)試驗(yàn)的設(shè)置還需要顯著細(xì)化,以改進(jìn)其區(qū)分來自隨機(jī)分子運(yùn)動(dòng)的聲波的能力。但她對(duì)此表示樂觀:“我相信他們能夠相當(dāng)快地改進(jìn)這一設(shè)備。”

 

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