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新型“光学微腔”传感器 让癌症筛检成为日常

2016-08-15 11:08
铁马老言
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  在最近的《自然·通讯》期刊上,我们,一个由加拿大维多利亚大学的卢涛教授和美国罗彻斯特大学的林强教授以及他们的博士学生于文彦和姜伟组成的团队报道了一种能够在液态环境里探测单个生物分子的光学传感器

  卢涛教授(右二)研究团队合影

  受到天坛回音壁效应的启发,我们将只有一根头发丝的直径大小的玻璃小球的光学和机械性能有机的结合起来,利用“光子弹簧效应”,研制出了超高灵敏度的单分子生物传感器。这个小东西有什么用呢?它可能彻底改变癌症筛查的现状,让癌症筛检成为你日常生活的一部分。

  在不知不觉中,高大上的生物检测逐渐进入千家万户的日常生活。如今,有一些常规的检查如验孕棒和血糖仪等已经不再依赖复杂的实验仪器和专业知识,而成为普通大众也能进行的日常操作了。你不必再去医院排队做检查,既免去排队等候之苦节约了时间,又节省了你我荷包里的银子,同时还能够更好地保护自己的隐私。

  但是目前而言,绝大部分的检查还是需要去医院完成。如果你非常注意自己的身体健康状况,又有足够的时间和金钱,每年的一次的身体健康检查是一个很好的选择。但是这样就真的足够了吗?

  癌症作为一个目前还未能被完全攻克的致命疾病,也是目前体检的主要筛查项目之一。虽然当前的医疗技术手段还不能找到一种可以彻底根除癌症的方法,但是查出癌变细胞的时机越早,患者存活的可能性就越大。一年的时间差异很可能就决定了一个人的生死。

  一些怕麻烦的人,可能两三年才体检一次或者干脆不做体验。可是癌症早期是没有明显不适症状的,等感觉出身体异样的时候再去医院检查往往为时已晚。那么,如果我们能开发出像测血糖那样每天简单地测癌细胞的技术不就好了吗?我们利用“光子弹簧效应”研制出了一种单分子生物传感器,也许能解决这个问题。

  我们研制出的这个直径只有100微米左右的玻璃球,称为光学回音壁微腔。

  我们的光学微腔是个啥?

  如同声波能沿着天坛的回音壁传播很远的距离那样,光子也会在微腔的表面沿着赤道方向传播。有趣的是,当光波沿着玻璃球跑一圈的光学等效距离(光程),恰好是光子波长的整数倍时,光在微腔内会产生共振现象。这时,哪怕只用十毫瓦的激光器将光输入微腔,腔内也能产生强度高达五百万亿瓦每平方米的光场——或者说,每一秒钟内有多达五十万亿亿的光子通过微腔的横截面。

  光子(Photon)是一种基本粒子,是电磁辐射的量子。在量子场论里是负责传递电磁力的力载子。上图为光子从激光的相干光束中射出。图片来源:wikimedia

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