藝術(shù)家對檢測單個細(xì)菌在石墨烯上納米級運(yùn)動的印象圖。圖片來源：Irek Roslon，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)
科技日報(bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣
你有沒有想過細(xì)菌會發(fā)出獨(dú)特的聲音？如果我們能聽到細(xì)菌的聲音，我們就能知道它們是否還活著。當(dāng)細(xì)菌被抗生素殺死時(shí)，這些聲音就會停止，除非細(xì)菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性。現(xiàn)在，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)法爾博德·阿里賈尼課題組研究人員成功使用石墨烯捕捉到了單一細(xì)菌的低水平噪音。相關(guān)研究發(fā)表在18日《自然·納米技術(shù)》雜志上。
研究團(tuán)隊(duì)最初是研究石墨烯的基本力學(xué)原理，但他們想知道如果這種極其敏感的材料與單個生物物體接觸會發(fā)生什么。“石墨烯是碳的一種存在形式，由單層原子組成，也被稱為‘神奇材料’。”法爾博德·阿里賈尼說，“它非常堅(jiān)固，具有良好的電氣和機(jī)械性能，而且對外力也非常敏感。”
研究人員對大腸桿菌進(jìn)行了首次實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)菌附著在石墨烯鼓的表面時(shí)，它會產(chǎn)生幅度低至幾納米的隨機(jī)振動，研究人員可以檢測并聽到單個細(xì)菌的聲音。
這種極小的振動源自細(xì)菌生物的過程，主要來自它們的鞭毛。為了讓人們更好地理解石墨烯上細(xì)菌鞭毛的“節(jié)拍”是多么微小，阿里賈尼打比方說，如果也讓細(xì)菌來打拳擊沙袋的話，它們至少比人類拳擊手的拳頭力度小100億倍。現(xiàn)在，這些納米級的“節(jié)拍”可以被轉(zhuǎn)換為音軌并被聽到了。
研究人員表示，這項(xiàng)研究對抗生素耐藥性的檢測具有巨大的意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是明確的：如果細(xì)菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性，振動會在相同的水平上繼續(xù)。當(dāng)細(xì)菌容易受到藥物作用時(shí)，振動會在一兩個小時(shí)內(nèi)逐漸減弱，直到完全消失。由于石墨烯鼓的高靈敏度，只需一個電池就可以檢測到這一現(xiàn)象。
阿里賈尼說：“未來，我們的目標(biāo)是優(yōu)化我們的單細(xì)胞石墨烯抗生素敏感性平臺，并針對各種致病樣本進(jìn)行驗(yàn)證。從而最終可以作為一種有效的診斷工具包，在臨床實(shí)踐中快速檢測抗生素耐藥性。”抗生素耐藥性是世界各地對人類健康日益增長的威脅。在對抗抗生素耐藥性方面，這將是一個“無價(jià)的工具”。
總編輯圈點(diǎn)
對微觀世界，大多數(shù)時(shí)候我們還是“只見其人，未聞其聲”，用顯微鏡來觀察，用染色法、培養(yǎng)法來判斷細(xì)菌的生死。這次，科研人員打開了新思路。既然石墨烯是這么神奇又敏感的材料，若細(xì)菌在其表面運(yùn)動，會不會留下“腳步”聲？這種力度極其輕微，要有靈敏的材料和“耳朵”才能捕捉。研究人員認(rèn)為，聽到細(xì)菌活動的聲音，就有了判斷細(xì)菌活力的新方法。抗生素耐藥性是個世界難題，若開發(fā)出石墨烯抗生素敏感性平臺，則可快速對細(xì)菌耐藥性進(jìn)行檢驗(yàn)。
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