複製鳳蝶的「眼睛」,以99% 靈敏度區分癌細胞和正常細胞
科技癌細胞眼睛細胞區分鳳蝶靈敏度TechNews新報 文章 參考資訊
海龜憑藉對地球磁場的敏感度,不會在茫茫大海迷路;大象可以聽到 14~16Hz 的聲音,一些鯨魚甚至可以聽到低至 7 赫茲的聲音,人類總能從動物身上學到很多事物,好比現在鳳蝶為靈感,成功用紫外線檢測癌細胞。
蝴蝶能夠感知紫外線光譜中的多個區域,為了複製蝴蝶的「眼睛」,美國伊利諾大學香檳校區研究人員開發新型影像感測器,電機與電腦工程教授 Viktor Gruev 表示,團隊採用分層光電二極體和鈣鈦礦奈米晶體,能夠檢測多個紫外線光譜,並以 99% 的靈敏度區分癌細胞和正常細胞。
紫外線波長比可見光短,但比 X 射線長,根據不同的波長範圍,紫外線分為三個不同的區域:UVA、UVB 和 UVC,由於我們看不到紫外線,因此捕獲紫外線資訊具有挑戰性,尤其是辨別每個區域的微小差異。
然而蝴蝶的複眼,讓蝴蝶有六種、甚至更多的感光器,具有不同的光譜敏感性。特別是柑橘鳳蝶不僅具有藍色、綠色和紅色感光受體,還具有紫色、紫外線和寬頻的感光受體,其螢光色素也可以將紫外線轉換成可見光,輕鬆感知到可見光。
為了複製柑橘鳳蝶紫外線感測機制 ,團隊結合薄層鈣鈦礦奈米晶體(PNC)和分層矽光電二極體陣列。其中 PNC 是一種半導體奈米晶體,具有與量子點類似的獨特特性,藉由改變顆粒的尺寸、成分,改變材料的吸收和發射特性,如今 PNC 已成為太陽能電池和 LED 等不同感測應用的材料,且 PNC 非常擅長檢測傳統矽探測器無法偵測的紫外線,甚至比紫外線更低的波長。
在新型影像感測器中,PNC 層能夠吸收紫外光子,並重新發射綠色可見光,再由分層矽光電二極體檢測出。
癌組織中有各種生物醫學標記,且其濃度高於胺基酸、蛋白質和酵素等正常細胞,當受到紫外線激發時,這些生物標記就會發光,並在紫外線和部分可見光譜中發出螢光。
生物工程教授 Shuming Nie 表示,過去紫外線影像受到限制,這也會進一步阻礙我們偵測癌細胞,但如今團隊開發的新技術,能高靈敏度地對紫外光影像分析,並且還可以區分微小波長差異。
由於癌細胞和正常細胞具有不同濃度的標記,具有不同的光譜特徵,可以根據紫外光譜中的螢光來區分這兩類細胞。研究小組評估他們的影像設備區分癌症相關標記物的能力,發現設備能夠以 99% 的靈敏度區分癌細胞和正常細胞。
Nie 表示,這種新的影像技術使我們能夠區分癌細胞和正常細胞,也可以發掘出醫療外的新應用。
(首圖來源:伊利諾大學厄巴納香檳分校[1])
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References
伊利諾大學厄巴納香檳分校 (grainger.illinois.edu) 從這裡可透過《Google 新聞》追蹤 TechNews (news.google.com)人工電子眼費用人工視網膜價格人工眼球仿生眼技術仿生眼原理人工視網膜最新發展台灣民報 [no_relate_sql.name;block=a]
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