如果你的耳朵足够灵敏,你将会听到自己的身体内部发出巨大的吵闹声:
喧闹的细菌在你的肠胃里举行闹宴;你的细胞中的线粒体如同超负荷运行的发电站一样嗡嗡作响,正在自我复制的脱氧核糖核酸束打 开链接时所发出的噪声像撕裂金属一般。你身体的每一个细小部分都发出具有独特鲜明特征的噪音。在近处倾听,你身体内部的声响就像一个走调的乐队在交通高峰 时刻演奏《时代广场》。
现在想象一下,在所有这一切生物学喧闹之中的某个地方,癌细胞已经开始分裂。在它们蔓延的时候,它们奏出的曲调如同英国作曲家埃尔加的大提琴协奏曲 的旋律一样清晰。没有任何人工耳,无论技艺多么高超,其敏锐度足以透过这种细胞的吵闹声,听到癌细胞所发出的清晰声音。但是,佛拉维奥·诺卡希望改变这一 切。
诺卡是美国航空航天局喷气推进实验室的一位物理学家兼工程师,他所在的小组研制出了登峰造极的毫微耳的样品。他们希望,这些耳朵最终将会极其微小和 极其敏锐,以致能够仅仅通过两种细胞所发出的噪声就能把它们分辨开来。若把这种纳米耳注射到你体内循环的血液中,它们可能能像微型听诊器一样窃听你的新陈 代谢,在患病细胞或者癌细胞蔓延之前发现它们。如果敏锐度足够高的话,诺卡的纳米耳甚至有可能被送到其他行星上侦听生物,或者辨别出外星海洋中的化学反 应,所利用的却不外乎是它们所发出的喀嚓声、尖叫声和砰砰声所组成的“交响乐”。
这并非痴人说梦。喷气推进实验室生命探索中心主任尼尔森说:“当微生物四处爬动和进行生物化学反应的时候,它们发出噪音的方式与一个蒸汽核反应堆发 出噪音没什么两样。”鞭毛和纤毛,甚至细胞的分裂与呼吸,都发出清晰的声音。当今最先进的传声器采用一种弹性膜,遇到声波它会振动。但是,如果你想听到微 生物的窃窃私语,光靠膜是不灵的。较大的膜比较重,因此细微的声音没有足够的能量使它们振颤。把它们造得较小和较轻也无济于事,因为膜越小,就越紧,换言 之,其敏感度急剧下降。
诺卡进行了数学运算,意识到微型传声器是一条死胡同。他得出结论,解决办法是模仿大自然的一个诀窍。例如在人耳中,耳鼓所接收的声音经过3块骨头传 到耳蜗。耳蜗内部有一排排毛细胞,细胞上部是一簇簇细丝,称为静纤毛。噪声振动使耳蜗中的液体活动,使这些静纤毛飘荡,就像风吹动柳丝一样。静纤毛每次晃 动,都触发被大脑理解为声音的电脉冲。诺卡和他的小组得出结论,碳纳米管十分适于作人造静纤毛,而且纳米管比钻石还耐用,其弹性却如同人发一般。然而,当 时碳纳米管的制造量极其微小,根本不足以用来制造人工耳。就在这时,诺卡结识了当时任多伦多大学新兴科技教授的许竟鸣。2000年他们聚到一起,许竟鸣介 绍了自己像草皮种植场种草那样种植碳纳米管的新颖方法:将种子播下,向其提供发芽所需的一切,然后让大自然来做其余的工作。许竟鸣的碳纤毛对于诺卡的小组 来说如同雪中送炭。在一平方厘米内就能种植大约100亿根。最重要的是,许竟鸣的纳米管具有使纳米耳灵敏度大大超过人耳纤毛的潜力。诺卡说:“耳朵里的纤 毛直径为100纳米左右,长度是一两个微米。而我们现在能够制造直径只有几纳米、长度却达到60微米的纳米管。纤毛越长越细,弹性就越大,灵敏度就越高。 这些装置在太空中将能够大行其道,而且在地球上也大有用场。
尼尔森说:“有朝一日,我们或许能够制造一种人工耳蜗,通过监听水中游动的微生物的节奏来检验水质。”还可将这种人工耳蜗置于人体血液循环中,作为流动的纳米听诊器,专门监听细胞功能失调。
也许要不了多久,我们就会看到诺卡的装置是否灵验。虽然在医生们的出诊箱中出现纳米听诊器,还需要10年或更长时间,但是诺卡期望在3年内拥有样品。
纳米耳在其它领域中的应用可能同样惊人。例如,剑桥大学的化学家克勒纳曼已在探索“侦听”化学反应声音的新奇途径。克勒纳曼说:“分子水平上的噪声 学是一个未知领域。诺卡还有许多工作要做。”诺卡则急于大显身手。他说:“分子水平上的噪声学是个完整的,嗡嗡作响的世界,许多问题在等待答案。我们的静 纤毛将开始解答这些问题。”- 上一篇:日落拍摄的技巧及注意事项
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