高出原子力显微镜10倍 超灵敏探测装置可“听”细胞

 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。他们5月15日发表在《自然·光子学》杂志上的论文称，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。

 编辑点评
 在科学研究和工业界广泛使用的扫描力显微镜，其基础就是原子力显微镜。不过，其缺点在于成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。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比原子力显微镜要高得多，今后在细胞分析检测领域将能做到可“听”的技术突破。