納米蘑菇傳感器：一種材料多種應用

來自沖繩科學技術研究所（OIST）的研究人員發明了一種等離子體納米傳感器，可以實時監測細胞的增殖，并具有其他的應用潛質。研究發表在最近的《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。

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構，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。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出現后的變化，研究人員可以檢測和監測發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勢，但是生產大規模的納米材料具有挑戰性，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，研究人員開發了一種新型的打印技術來制造大規模的納米蘑菇生物傳感器。通過他們的方法，他們能夠開發出一種由大約100萬個蘑菇狀結構組成，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，如抗體，從而有可能在早期發現疾病。

利用他們創新的打印技術，OIST的研究人員們開發了一種納米等離子體材料，其中含有數百萬個類似蘑菇狀結構的生物分子。“使用我們的方法，我們有可能創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。從電子產品到食品生產到醫學，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。