科普園地
如果你的耳朵足夠靈敏,你將會聽到自己的身體內(nèi)部發(fā)出巨大的吵鬧聲:
喧鬧的細(xì)菌在你的腸胃里舉行鬧宴;你的細(xì)胞中的線粒體如同超負(fù)荷運行的發(fā)電站一樣嗡嗡作響,正在自我復(fù)制的脫氧核糖核酸束打 開鏈接時所發(fā)出的噪聲像撕裂金屬一般。你身體的每一個細(xì)小部分都發(fā)出具有獨特鮮明特征的噪音。在近處傾聽,你身體內(nèi)部的聲響就像一個走調(diào)的樂隊在交通高峰 時刻演奏《時代廣場》。
現(xiàn)在想象一下,在所有這一切生物學(xué)喧鬧之中的某個地方,癌細(xì)胞已經(jīng)開始分裂。在它們蔓延的時候,它們奏出的曲調(diào)如同英國作曲家埃爾加的大提琴協(xié)奏曲 的旋律一樣清晰。沒有任何人工耳,無論技藝多么高超,其敏銳度足以透過這種細(xì)胞的吵鬧聲,聽到癌細(xì)胞所發(fā)出的清晰聲音。但是,佛拉維奧·諾卡希望改變這一 切。
諾卡是美國航空航天局噴氣推進(jìn)實驗室的一位物理學(xué)家兼工程師,他所在的小組研制出了登峰造極的毫微耳的樣品。他們希望,這些耳朵最終將會極其微小和 極其敏銳,以致能夠僅僅通過兩種細(xì)胞所發(fā)出的噪聲就能把它們分辨開來。若把這種納米耳注射到你體內(nèi)循環(huán)的血液中,它們可能能像微型聽診器一樣竊聽你的新陳 代謝,在患病細(xì)胞或者癌細(xì)胞蔓延之前發(fā)現(xiàn)它們。如果敏銳度足夠高的話,諾卡的納米耳甚至有可能被送到其他行星上偵聽生物,或者辨別出外星海洋中的化學(xué)反 應(yīng),所利用的卻不外乎是它們所發(fā)出的喀嚓聲、尖叫聲和砰砰聲所組成的“交響樂”。
這并非癡人說夢。噴氣推進(jìn)實驗室生命探索中心主任尼爾森說:“當(dāng)微生物四處爬動和進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)的時候,它們發(fā)出噪音的方式與一個蒸汽核反應(yīng)堆發(fā) 出噪音沒什么兩樣。”鞭毛和纖毛,甚至細(xì)胞的分裂與呼吸,都發(fā)出清晰的聲音。當(dāng)今最先進(jìn)的傳聲器采用一種彈性膜,遇到聲波它會振動。但是,如果你想聽到微 生物的竊竊私語,光靠膜是不靈的。較大的膜比較重,因此細(xì)微的聲音沒有足夠的能量使它們振顫。把它們造得較小和較輕也無濟(jì)于事,因為膜越小,就越緊,換言 之,其敏感度急劇下降。
諾卡進(jìn)行了數(shù)學(xué)運算,意識到微型傳聲器是一條死胡同。他得出結(jié)論,解決辦法是模仿大自然的一個訣竅。例如在人耳中,耳鼓所接收的聲音經(jīng)過3塊骨頭傳 到耳蝸。耳蝸內(nèi)部有一排排毛細(xì)胞,細(xì)胞上部是一簇簇細(xì)絲,稱為靜纖毛。噪聲振動使耳蝸中的液體活動,使這些靜纖毛飄蕩,就像風(fēng)吹動柳絲一樣。靜纖毛每次晃 動,都觸發(fā)被大腦理解為聲音的電脈沖。諾卡和他的小組得出結(jié)論,碳納米管十分適于作人造靜纖毛,而且納米管比鉆石還耐用,其彈性卻如同人發(fā)一般。然而,當(dāng) 時碳納米管的制造量極其微小,根本不足以用來制造人工耳。就在這時,諾卡結(jié)識了當(dāng)時任多倫多大學(xué)新興科技教授的許竟鳴。2000年他們聚到一起,許竟鳴介 紹了自己像草皮種植場種草那樣種植碳納米管的新穎方法:將種子播下,向其提供發(fā)芽所需的一切,然后讓大自然來做其余的工作。許竟鳴的碳纖毛對于諾卡的小組 來說如同雪中送炭。在一平方厘米內(nèi)就能種植大約100億根。最重要的是,許竟鳴的納米管具有使納米耳靈敏度大大超過人耳纖毛的潛力。諾卡說:“耳朵里的纖 毛直徑為100納米左右,長度是一兩個微米。而我們現(xiàn)在能夠制造直徑只有幾納米、長度卻達(dá)到60微米的納米管。纖毛越長越細(xì),彈性就越大,靈敏度就越高。 這些裝置在太空中將能夠大行其道,而且在地球上也大有用場。
尼爾森說:“有朝一日,我們或許能夠制造一種人工耳蝸,通過監(jiān)聽水中游動的微生物的節(jié)奏來檢驗水質(zhì)。”還可將這種人工耳蝸置于人體血液循環(huán)中,作為流動的納米聽診器,專門監(jiān)聽細(xì)胞功能失調(diào)。
也許要不了多久,我們就會看到諾卡的裝置是否靈驗。雖然在醫(yī)生們的出診箱中出現(xiàn)納米聽診器,還需要10年或更長時間,但是諾卡期望在3年內(nèi)擁有樣品。
納米耳在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用可能同樣驚人。例如,劍橋大學(xué)的化學(xué)家克勒納曼已在探索“偵聽”化學(xué)反應(yīng)聲音的新奇途徑。克勒納曼說:“分子水平上的噪聲 學(xué)是一個未知領(lǐng)域。諾卡還有許多工作要做。”諾卡則急于大顯身手。他說:“分子水平上的噪聲學(xué)是個完整的,嗡嗡作響的世界,許多問題在等待答案。我們的靜 纖毛將開始解答這些問題。”- 上一篇:日落拍攝的技巧及注意事項
- 下一篇:人造衛(wèi)星為什么會飛出地球
