奈米生物科技簡介雷射鑷夾─顯微鏡中的一隻手

徐琅(交大電子物理系副教授)  |2007.10.05
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我們愈來愈常聽到譗奈米科技豃這一個科技名詞,甚至逛大賣場都會看到特別標示的奈米燈管、奈米冰箱、奈米馬桶、奈米衣服等民生用品。到底譗奈米科技豃是何方神聖呢?簡單來說,奈米科技就是藉由跨領域技術整合,發展新的工具與知識,以探索蘊藏在大自然中無所不在的微觀世界。科學家相信從中可以學習到全新且革命性的秘密,進而應用到人類的科技與民生。

根據定義,一奈米(nm)是一米(m;公尺)的十億分之一。從一米距離看一奈米的大小,猶如從月亮上看地球上的人。雖然傳統的科技無法進入如此藐小的微觀奈米世界,不過科學家認為奈米世界中的事物現象與特性應該和我們宏觀世界的大不相同。

譬如,大象的尺寸比螞蟻大千萬倍,兩者的力量更如天壤之別。然而,我們常可看到一隻小螞蟻背著一隻受傷的螞蟻回家,可是卻不曾看過一隻大象扛起一隻大象。此外,我們也不會擔心螞蟻從樹上掉下來摔著,可是大象連走路一不小心都可能骨折。螞蟻被我們輕輕一按就粉碎了,難道大象骨頭的強度還不如螞蟻的嗎?如果我們能有新的工具一窺這些由於尺度差異而造成的奧秘,那麼奈米世界可能有包羅萬象的無窮寶藏。

顯微鏡是傳統生物科技中的利器,但在顯微鏡的視野下,我們只能觀察一群細胞的統計效果。一九八六年,在美國貝爾電報與電話公司服務的Dr. Ashkin發明了一種稱為雷射鑷夾的工具。

他將一雷射光束經過顯微物鏡聚焦,在焦點附近產生一近似彈簧特性的捕捉力,可以將光點附近的微小物體吸引到光點中心。雷射鑷夾技術因其非接觸與非破壞的特性,在過去十年間被應用來捕捉與操控單一細胞或分子生物,進而利用其已知的捕捉力來量測被捕捉樣品的生物作用力。此一功能有如顯微鏡中的一隻譗手豃,能幫助我們探索奈米尺度的生物世界。

這三年,我們龍蝦團隊在國科會的國家型奈米生物科技計畫中,利用雷射鑷夾這隻譗手豃量測大腸桿菌外膜表面線毛的機械延伸特性與其頂端的黏附力,其目的在認識細菌在感染致病過程中如何利用線毛與寄主細胞間的交互作用。藉著這些資訊,我們可以更進一步探討線毛的機械特性與細菌生理現象的關係,希望未來能找出有效抑制細菌感染致病的方法,對人類衛生保健有所貢獻。

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