長(zhǎng)久以來(lái)，蠶絲一直被視為一種面料的原材料，而鉆石被認(rèn)為是一種裝飾品。但在澳大利亞科學(xué)家Khalid及相關(guān)科研人員眼中，這兩種材料結(jié)合在一起，可以制作出強(qiáng)大的傳感器，檢測(cè)人類(lèi)的各類(lèi)疾病。本文來(lái)自Medium，作者Wilson da Silva。
蠶絲纖維 | 圖片來(lái)自Tufts University
劃重點(diǎn)：
1. 納米鉆石因?yàn)榫w結(jié)構(gòu)小，是理想的生物傳感器載體；蠶絲是純天然生物材料，容易被活體吸收，是理想的包裹傳感器的外層。
2. 目前，研究人員已經(jīng)成功測(cè)試了由蠶絲包裹的各類(lèi)傳感器，如PH傳感器、過(guò)氧化氫傳感器、鈣和鋅等金屬離子傳感器。
3. 據(jù)估計(jì)，未來(lái)這類(lèi)由蠶絲包裹的傳感器將會(huì)得到更廣泛的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括治療癌癥、檢測(cè)精子細(xì)胞、為大腦做細(xì)胞成像檢測(cè)、甚至是治療燒傷。
閃爍的納米鉆石
Asma Khalid很喜歡穿絲綢裙子，也喜歡戴鉆石。但是她沒(méi)有想到，這兩樣?xùn)|西會(huì)成為她職業(yè)生涯中最重要的兩種元素。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，醫(yī)學(xué)界現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以利用鉆石和蠶絲在人體內(nèi)輸送藥物。
Asma Khalid在澳大利亞墨爾本大學(xué)攻讀博士學(xué)位時(shí)，一直在研究納米鉆石。這種鉆石的晶體結(jié)構(gòu)小于千分之一毫米，外加它作為鉆石在化學(xué)性質(zhì)上呈現(xiàn)惰性，又富有光澤，因此它在生物學(xué)上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，成為了一種生物學(xué)傳感工具。
現(xiàn)在，已經(jīng)是墨爾本理工大學(xué)的博士后、研究員的Khalid 介紹說(shuō)：“納米鉆石是一種熒光材料，當(dāng)我們用激光照射它時(shí)，它會(huì)持續(xù)發(fā)光。但是這種材質(zhì)的表面比較粗糙，喜歡凝結(jié)在一起，而且有時(shí)候我們希望它能持續(xù)發(fā)光，它卻總是閃爍不定。” Khalid現(xiàn)在也是澳大利亞納米級(jí)生物光子學(xué)中心（CNBP）的副研究員。“因此，我們希望能找到一種材料包裹住這些納米鉆石，讓它的表面變得光滑，同時(shí)還能和活體的生物屬性不相克。然后我們就想到了絲綢。”
為什么選擇絲綢？
絲綢的歷史要追受到12000年以前的新石器時(shí)代，它最早是在中國(guó)黃河周?chē)难錾厝诉z址中發(fā)現(xiàn)的。想要獲得高質(zhì)量的蠶絲，首先要人工飼養(yǎng)幼蠶，然后等到蠶吐絲作繭之后再將蠶絲抽出來(lái)。蠶絲表面之所以反光，是因?yàn)樗睦w維是菱柱狀結(jié)構(gòu)，從不同角度看會(huì)出現(xiàn)不同的色彩。
Khalid稱(chēng)，作為一種自然纖維，蠶絲對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，因?yàn)樗耆怯傻鞍踪|(zhì)和氨基酸組成的，在光學(xué)特性上又和其他的纖維不同。蠶絲可以提高納米鉆石的亮度。科學(xué)家們首先在小白鼠體內(nèi)植入了蠶絲，發(fā)現(xiàn)蠶絲在老鼠體內(nèi)溶解了，而且老鼠沒(méi)有出現(xiàn)任何不良反應(yīng)。
她將研究成果寫(xiě)成論文，發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)快報(bào)》上。憑借這這份研究成果，她獲得了波士頓塔夫茨大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金。該學(xué)校的Fiorenzo Omenetto教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)恰好就是將蠶絲應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)光學(xué)的先鋒。加入Omenetto教授的實(shí)驗(yàn)室后，Khalid就在致力于生產(chǎn)出無(wú)色的絲綢，從而在包裹納米鉆石時(shí)無(wú)需擔(dān)心遮住它的光澤。
她說(shuō)：“我學(xué)會(huì)了如何從蠶繭中提取蠶絲，將它液化、轉(zhuǎn)換成薄膜的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以讓它注入3D打印機(jī)里和其他生物醫(yī)學(xué)裝置中。”
她還補(bǔ)充道：“我還成功用蠶絲包裹住了納米鉆石。包裹后的鉆石特別亮，很適合做細(xì)胞成像工具。另外，它還很適合作為藥物載體被送到人的體內(nèi)，用來(lái)追蹤和治療癌癥。”
“被送進(jìn)人體內(nèi)后，蠶絲漸漸溶解，納米鉆石包裹的藥物會(huì)被釋放出來(lái)，我們可以根據(jù)納米鉆石發(fā)出的光來(lái)最終藥物的擴(kuò)散程度。”
當(dāng)蠶絲包裹住納米傳感器
塔夫茨大學(xué)一項(xiàng)重要的研究就是納米鉆石在生物傳感上的應(yīng)用。當(dāng)Khalid回到澳大利亞并加入墨爾本理工大學(xué)后，她也開(kāi)始著手和塔夫茨大學(xué)合作：“我們將研究結(jié)果合并在一起，發(fā)現(xiàn)這種蠶絲包裹的納米鉆石在成像、傳感、釋放藥物和組織再生方面都可以有非常廣泛的應(yīng)用。”
Khalid在墨爾本理工大學(xué)建造了自己的實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室的主要任務(wù)是提取透明蠶絲并將其液化、納米化，從而形成一層纖維涂層——在顯微鏡下，這種涂層是由大小相近的片狀物相互連接而成，可以用來(lái)包裹物體表面，進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。
Asma Khalid博士在她的工作室 | 圖片來(lái)自CNBP
這一時(shí)期，在澳大利亞阿德萊德大學(xué)納米級(jí)生物光子學(xué)中心的生物醫(yī)學(xué)專(zhuān)家李文佳（音譯）正在對(duì)超細(xì)纖維在人體內(nèi)的反應(yīng)做測(cè)試，她發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)觀察這種纖維在活體內(nèi)的反應(yīng)，從而對(duì)人體進(jìn)行醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)，而無(wú)需像以前那樣從人體內(nèi)切一塊樣本出來(lái)。
“比如說(shuō)，我們想要探測(cè)病人肺部深處的腫瘤是惡性還是良性，我們現(xiàn)在可以通過(guò)測(cè)試PH值、二氧化碳或者其他分子來(lái)判斷，而不是像以前那樣，從組織上切除一塊樣本再做活檢。”
