發(fā)布日期:2018-03-05
來自沖繩科學技術研究所(OIST)的研究人員發(fā)明了一種等離子體納米傳感器,可以實時監(jiān)測細胞的增殖,并具有其他的應用潛質(zhì)。研究發(fā)表在最近的《ACS Applied Materials and Interfaces》雜志上。揭示細胞的增殖過程是對細胞和組織的健康和功能的重要洞察。
圖中顯示了細胞(藍色山形)在納米蘑菇樣的結(jié)構(gòu)頂部,這種“納米蘑菇”含有二氧化硅的莖和金質(zhì)的帽子,這種傳感器有望實時監(jiān)測細胞的增殖。圖片來源:OIST
這種材料最吸引人的地方在于它能讓細胞在很長一段時間內(nèi)存活。“通常,當你把活細胞放在納米材料上時,由于納米材料的質(zhì)是有毒的,它會殺死細胞,”該論文的第一作者博士后研究員Nikhil Bhalla博士說,“然而,使用我們的材料,細胞存活了7天以上。納米顆粒材料也具有高度的敏感性:它能檢測到1000個細胞中的16個細胞的微小增殖。”
這些材料看起來就像普通的玻璃片。然而,表面覆蓋著微型的納米顆粒狀結(jié)構(gòu),被稱為納米蘑菇,有二氧化硅的莖和金的帽子。這些組成的生物傳感器能夠探測分子水平的相互作用。
該生物傳感器的工作原理是利用納米蘑菇作為光學天線。當白光穿過納米顆粒的薄片時,納米蘑菇會吸收并散射一些光,從而改變其性質(zhì)。光的吸光度和散射是由納米材料的大小、形狀和材料決定的,更重要的是,它也受到任何靠近納米蘑菇的介質(zhì)的影響,如放置在納米薄片上的細胞。通過測量光線在薄片的另一側(cè)出現(xiàn)后的變化,研究人員可以檢測和監(jiān)測發(fā)生在傳感器表面的過程,例如細胞分裂。
“正常情況下,你必須在細胞中加入一些標簽,比如染料或分子,才能計算出細胞分裂的數(shù)量,”Bhalla博士說,“然而,用我們的方法,納米機器人可以直接感應到它們。”
盡管納米材料用于檢測具有很好的優(yōu)勢,但是生產(chǎn)大規(guī)模的納米材料具有挑戰(zhàn)性,因為很難保證整個材料表面的均勻性。由于這個原因,常規(guī)臨床檢查的生物傳感器,例如疾病測試,仍然缺乏。
為了應對這個問題,研究人員開發(fā)了一種新型的打印技術來制造大規(guī)模的納米蘑菇生物傳感器。通過他們的方法,他們能夠開發(fā)出一種由大約100萬個蘑菇狀結(jié)構(gòu)組成,2.5cm的二氧化硅基板。
“我們的技術就像打印一枚郵票,用生物分子的墨水覆蓋它,然后把它印在納米顆粒的薄片上,”Shivani Sathish博士說,他是這篇論文的聯(lián)合作者者。生物分子增加了材料的敏感性,這意味著它可以感知到極低濃度的物質(zhì),如抗體,從而有可能在早期發(fā)現(xiàn)疾病。
利用他們創(chuàng)新的打印技術,OIST的研究人員們開發(fā)了一種納米等離子體材料,其中含有數(shù)百萬個類似蘑菇狀結(jié)構(gòu)的生物分子。圖片來源:OIST
“使用我們的方法,我們有可能創(chuàng)造出一個高度敏感的生物傳感器,甚至可以檢測到單個分子,”該論文的第一作者Bhalla博士說。從電子產(chǎn)品到食品生產(chǎn)到醫(yī)學,等離子體和納米顆粒傳感器為許多領域提供了重要的工具。
參考資料:
[1] Nanomushroom Sensors: One Material,Many Applications
來源:康健新視野