科學家發明最小的“耳朵”

金納米微粒（左）在一組光鑷子中的運動被用來探測由周圍其他納米微粒的膨脹所觸發的聲波。

　　你有沒有想過一個病毒聽起來像什么，或者一個細菌在宿主之間游走會發出什么噪音？如果答案是肯定的，那么由于世界上最小耳朵的發明，你或許很快就有機會搞清這一切。“納米耳”——被一道激光束俘獲的金微粒——能夠探測到僅為人類聽覺閾值一百萬分之一的聲音。研究人員認為，這項研究將開啟“聲學顯微術”的一個全新領域，后者是利用生物體釋放的聲音對其進行研究的一門科學。

　　納米耳的概念起源于1986年被稱為光鑷子的一項發明。這種鑷子利用一個透鏡將一道激光束聚焦到一點，從而能夠抓住微粒并移動它們。光鑷子已經成為分子生物學和納米技術的一種標準工具，幫助研究人員向細胞內注入脫氧核糖核酸（DNA），甚至在DNA注入后對其進行操作。光鑷子還能夠用來測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，你便只須用一臺顯微鏡或其他合適的觀測設備觀察它是否在自動地運動。這也正是納米耳遵循的道路。

　　聲波隨著它們經過的介質粒子的前后移動來傳播。因此為了探測聲音，你需要對這種前后運動進行測量。德國慕尼黑大學光子學與光電學研究團隊的光物理學家Jochen Feldmann和同事將一個直徑60納米的金微粒浸入水中，并用光鑷子夾住了它。

　　Feldmann的研究團隊記錄并分析了該粒子響應聲振動所產生的運動——這種聲振動由在附近水中的其他金納米粒子的激光感應加熱所導致。除了具有前所未有的敏感性外，他們的納米耳還能夠計算聲音來自于哪個方向。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聽細胞或微生物，例如細菌和病毒，隨著運動和呼吸，它們都能夠釋放出非常微弱的聲振動。Feldmann表示：“這里顯然存在著醫學上的可能性，我們可以用其來研究適當的人群，但我們首先必須搞清它是如何工作的。”

　　丹麥哥本哈根市玻爾研究所光鑷子實驗室的生物物理學家Lene Oddershede對此印象深刻，并推測這篇論文會激發該領域的其他科學家在研究微生物時尋求聲波的幫助。她說：“這真是一個有趣的想法，并且我們很容易做到這一點，但我們之前從未進行過任何嘗試。”然而Oddershede警告說，“我只能說這篇論文從這個意義上將是很鼓舞人心的”，但在超聲顯微鏡變為現實之前，這項試驗的設置還需要顯著細化，以改進其區分來自隨機分子運動的聲波的能力。但她對此表示樂觀：“我相信他們能夠相當快地改進這一設備。”

　　研究人員在最新出版的《物理評論快報》上報告了這一研究成果。