用石墨烯“聆聽(tīng)”細(xì)菌“配樂(lè)”

你有沒(méi)有想過(guò)細(xì)菌會(huì)發(fā)出獨(dú)特的聲音？如果我們能聽(tīng)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(huì)停止，除非細(xì)菌對(duì)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4月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(gè)生物物體接觸會(huì)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(shuō)，“它非常堅(jiān)固，具有良好的電氣和機(jī)械性能，而且對(duì)外力也非常敏感。”

研究人員對(duì)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(huì)產(chǎn)生幅度低至幾納米的隨機(jī)振動(dòng)，研究人員可以檢測(cè)并聽(tīng)到單個(gè)細(xì)菌的聲音。

這種極小的振動(dòng)源自細(xì)菌生物的過(guò)程，主要來(lái)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(shuō)，如果也讓細(xì)菌來(lái)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(jí)的“節(jié)拍”可以被轉(zhuǎn)換為音軌并被聽(tīng)到了。

研究人員表示，這項(xiàng)研究對(duì)抗生素耐藥性的檢測(cè)具有巨大的意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是明確的：如果細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性，振動(dòng)會(huì)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(dòng)會(huì)在一兩個(gè)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(gè)電池就可以檢測(cè)到這一現(xiàn)象。

阿里賈尼說(shuō)：“未來(lái)，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(tái)，并針對(duì)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(cè)抗生素耐藥性。”抗生素耐藥性是世界各地對(duì)人類健康日益增長(zhǎng)的威脅。在對(duì)抗抗生素耐藥性方面，這將是一個(gè)“無(wú)價(jià)的工具”。

對(duì)微觀世界，大多數(shù)時(shí)候我們還是“只見(jiàn)其人，未聞其聲”，用顯微鏡來(lái)觀察，用染色法、培養(yǎng)法來(lái)判斷細(xì)菌的生死。這次，科研人員打開(kāi)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(dòng)，會(huì)不會(huì)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(tīng)到細(xì)菌活動(dòng)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(gè)世界難題，若開(kāi)發(fā)出石墨烯抗生素敏感性平臺(tái)，則可快速對(duì)細(xì)菌耐藥性進(jìn)行檢驗(yàn)。