能够感受光刺激的感光细胞是（具有感光作用的细胞器）

加州大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种微型仪器，可以灵敏地感知周围游动的细菌产生的力，并听到心肌细胞的跳动。

该设备是一种纳米尺寸的光纤，比人类头发丝细100倍。将其放置在含有活幽门螺杆菌的液体中，它可以检测小至160飞秒牛顿的力，大约比肠道中这种游动细菌的牛顿单位小十亿倍。在小鼠心肌细胞跳动的情况下，纳米纤维可以检测到低至-30分贝的声音水平，比人耳听力极限低一千倍。

加州大学圣地亚哥分校雅各布斯医学院纳米工程专业的唐纳德·瑟布利说：“这项工作可能开辟一种新的方法来追踪微小的相互作用及其变化，这在以前是不可能的。”教授，并领导了这项研究。

他设想的一些应用包括检测单个细菌的存在和活性；监控债券的形成和破坏；感知细胞机械行为的变化，这可能表明细胞是否正在癌变或受到病毒攻击；或使用迷你听诊器进行体内测试。细胞的声学监测。

该研究工作近期发表在期刊《自然光子》上。

Sirbuly和他的同事开发的纤维的灵敏度至少是原子力显微镜(AFM)的十倍，原子力显微镜是一种可以测量分子形成时相互作用的非常小的力的仪器。而且原子力显微镜是一种特别笨重的设备，纤维直径只有几百纳米。“这是一个微型原子力显微镜，具有光镊的灵敏度，”瑟布利说。

该装置由一层极薄的氧化锡纤维制成，上面涂有一层薄薄的聚乙二醇聚合物，并嵌入金纳米颗粒。为了使用该设备，研究人员将纳米纤维浸入细胞溶液中，将光传递到纤维，并分析发射的光信号。这些信号根据其强度，表明光纤周围的细胞接收到了多少力或声音。

“我们不仅能够收集这些微小的力和声音，还可以使用该设备对它们进行量化。这是一种用于高分辨率纳米机械探测的新工具，”瑟布利说。

该设备的工作原理是，当光沿着光纤传播时，它与金纳米颗粒发生强烈相互作用，然后金纳米颗粒将光散射成可以用传统显微镜观察到的信号。这些光信号以特定的强度显示。然而，当纤维放入含有活细胞的溶液中时，这种强度会发生变化。

来自细胞的力和声波撞击金纳米粒子，将它们推入聚合物层并将其从纤维表面分离。使纳米粒子更靠近光纤可以使它们与光纤的光相互作用更强烈，从而增加光信号的强度。研究人员对这些设备进行了校准，以便它们能够将不同水平的力或声音与信号强度相匹配。

实现这一目标的关键是纤维的聚合物层。它的作用就像一个弹簧床垫，足够敏感，可以通过细胞产生的弱力和声波压缩到不同的厚度。西尔布利说，聚合物层是可以调整的。如果研究人员想要测量更大的力，他们可以使用更硬的聚合物涂层；为了提高灵敏度，他们可以使用柔软的聚合物水凝胶。

这项技术正在不断进步，研究人员计划使用纳米纤维来测量单细胞的生物活性和机械行为。未来的工作还包括改善光纤的“听觉”功能，制造超灵敏的生物听诊器，并调整其声学响应以开发新的成像技术。