用蚕丝和钻石，科学家制作出了新型生物传感器

编者按：本文介绍了澳大利亚科学家Khalid及相关科研人员对蚕丝和纳米钻石进行的医学实验。长久以来，蚕丝一直被视为一种面料的原材料，而钻石被认为是一种装饰品。但在科学家眼中，这两种材料结合在一起，可以制作出强大的传感器，检测人类的各类疾病。本文来自Medium，作者Wilson da Silva，原文标题“Silk & Diamonds: The Fancy End of High-Tech Medicine”.

蚕丝纤维 | 图片来自Tufts University

划重点：

1. 纳米钻石因为晶体结构小，是理想的生物传感器载体；蚕丝是纯天然生物材料，容易被活体吸收，是理想的包裹传感器的外层。

2. 目前，研究人员已经成功测试了由蚕丝包裹的各类传感器，如PH传感器、过氧化氢传感器、钙和锌等金属离子传感器。

3. 据估计，未来这类由蚕丝包裹的传感器将会得到更广泛的医学应用，包括治疗癌症、检测精子细胞、为大脑做细胞成像检测、甚至是治疗烧伤。

闪烁的纳米钻石

Asma Khalid很喜欢穿丝绸裙子，也喜欢戴钻石。但是她没有想到，这两样东西会成为她职业生涯中最重要的两种元素。简单来说，医学界现在已经发现，可以利用钻石和蚕丝在人体内输送药物。

Asma Khalid在澳大利亚墨尔本大学攻读博士学位时，一直在研究纳米钻石。这种钻石的晶体结构小于千分之一毫米，外加它作为钻石在化学性质上呈现惰性，又富有光泽，因此它在生物学上已经被广泛应用，成为了一种生物学传感工具。

现在，已经是墨尔本理工大学的博士后、研究员的Khalid 介绍说：“纳米钻石是一种荧光材料，当我们用激光照射它时，它会持续发光。但是这种材质的表面比较粗糙，喜欢凝结在一起，而且有时候我们希望它能持续发光，它却总是闪烁不定。” Khalid现在也是澳大利亚纳米级生物光子学中心（CNBP）的副研究员。“因此，我们希望能找到一种材料包裹住这些纳米钻石，让它的表面变得光滑，同时还能和活体的生物属性不相克。然后我们就想到了丝绸。”

为什么选择丝绸？

丝绸的历史要追受到12000年以前的新石器时代，它最早是在中国黄河周围的仰韶人遗址中发现的。想要获得高质量的蚕丝，首先要人工饲养幼蚕，然后等到蚕吐丝作茧之后再将蚕丝抽出来。蚕丝表面之所以反光，是因为它的纤维是菱柱状结构，从不同角度看会出现不同的色彩。

蚕丝是一种纯天然的生物纤维，可以被活体吸收 | 图片来自Ed Schipul/Flickr

Khalid称，作为一种自然纤维，蚕丝对人体无毒无害，因为它完全是由蛋白质和氨基酸组成的，在光学特性上又和其他的纤维不同。蚕丝可以提高纳米钻石的亮度。科学家们首先在小白鼠体内植入了蚕丝，发现蚕丝在老鼠体内溶解了，而且老鼠没有出现任何不良反应。

她将研究成果写成论文，发表在《生物医学光学快报》上。凭借这这份研究成果，她获得了波士顿塔夫茨大学的奖学金。该学校的Fiorenzo Omenetto教授带领的团队恰好就是将蚕丝应用于生物医学光学的先锋。加入Omenetto教授的实验室后，Khalid就在致力于生产出无色的丝绸，从而在包裹纳米钻石时无需担心遮住它的光泽。

她说：“我学会了如何从蚕茧中提取蚕丝，将它液化、转换成薄膜的结构，这种结构可以让它注入3D打印机里和其他生物医学装置中。”

她还补充道：“我还成功用蚕丝包裹住了纳米钻石。包裹后的钻石特别亮，很适合做细胞成像工具。另外，它还很适合作为药物载体被送到人的体内，用来追踪和治疗癌症。”

“被送进人体内后，蚕丝渐渐溶解，纳米钻石包裹的药物会被释放出来，我们可以根据纳米钻石发出的光来最终药物的扩散程度。”

当蚕丝包裹住纳米传感器

塔夫茨大学一项重要的研究就是纳米钻石在生物传感上的应用。当Khalid回到澳大利亚并加入墨尔本理工大学后，她也开始着手和塔夫茨大学合作：“我们将研究结果合并在一起，发现这种蚕丝包裹的纳米钻石在成像、传感、释放药物和组织再生方面都可以有非常广泛的应用。”