納米耳將使你聞所未聞

2003-10-24 21:37 如果你的耳朵足夠靈敏，你將會聽到自己的身體內部發出巨大的吵鬧聲：
　　
　　 喧鬧的細菌在你的腸胃裡舉行鬧宴；你的細胞中的線粒體如同超負荷運行的發電站一樣嗡嗡作響，正在自我複製的脫氧核糖核酸束打開鏈接時所發出的雜訊像撕裂金屬一般。你身體的每一個細小部分都發出具有獨特鮮明特徵的噪音。在近處傾聽，你身體內部的聲響就像一個走調的樂隊在交通高峰時刻演奏《時代廣場》。
　　
　　 現在想像一下，在所有這一切生物學喧鬧之中的某個地方，癌細胞已經開始分裂。在它們蔓延的時候，它們奏出的曲調如同英國作曲家埃爾加的大提琴協奏曲的旋律一樣清晰。沒有任何人工耳，無論技藝多麼高超，其敏銳度足以透過這種細胞的吵鬧聲，聽到癌細胞所發出的清晰聲音。但是，佛拉維奧．諾卡希望改變這一切。
　　
　　 諾卡是美國航空航天局噴氣推進實驗室的一位物理學家兼工程師，他所在的小組研製出了登峰造極的毫微耳的樣品。他們希望，這些耳朵最終將會極其微小和極其敏銳，以致能夠僅僅通過兩種細胞所發出的雜訊就能把它們分辨開來。若把這種納米耳注射到你體內循環的血液中，它們可能能像微型聽診器一樣竊聽你的新陳代謝，在患病細胞或者癌細胞蔓延之前發現它們。如果敏銳度足夠高的話，諾卡的納米耳甚至有可能被送到其他行星上偵聽生物，或者辨別出外星海洋中的化學反應，所利用的卻不外乎是它們所發出的喀嚓聲、尖叫聲和砰砰聲所組成的「交響樂」。
　　
　　 這並非痴人說夢。噴氣推進實驗室生命探索中心主任尼爾森說：「當微生物四處爬動和進行生物化學反應的時候，它們發出噪音的方式與一個蒸汽核反應爐發出噪音沒什麼兩樣。」鞭毛和纖毛，甚至細胞的分裂與呼吸，都發出清晰的聲音。當今最先進的傳聲器採用一種彈性膜，遇到聲波它會振動。但是，如果你想聽到微生物的竊竊私語，光靠膜是不靈的。較大的膜比較重，因此細微的聲音沒有足夠的能量使它們振顫。把它們造得較小和較輕也無濟於事，因為膜越小，就越緊，換言之，其敏感度急劇下降。
　　
　　 諾卡進行了數學運算，意識到微型傳聲器是一條死胡同。他得出結論，解決辦法是模仿大自然的一個訣竅。例如在人耳中，耳鼓所接收的聲音經過3塊骨頭傳到耳蝸。耳蝸內部有一排排毛細胞，細胞上部是一簇簇細絲，稱為靜纖毛。雜訊振動使耳蝸中的液體活動，使這些靜纖毛飄蕩，就像風吹動柳絲一樣。靜纖毛每次晃動，都觸發被大腦理解為聲音的電脈衝。諾卡和他的小組得出結論，碳納米管十分適於作人造靜纖毛，而且納米管比鑽石還耐用，其彈性卻如同人發一般。然而，當時碳納米管的製造量極其微小，根本不足以用來製造人工耳。就在這時，諾卡結識了當時任多倫多大學新興科技教授的許竟鳴。2000年他們聚到一起，許竟鳴介紹了自己像草皮種植場種草那樣種植碳納米管的新穎方法：將種子播下，向其提供發芽所需的一切，然後讓大自然來做其餘的工作。許竟鳴的碳纖毛對於諾卡的小組來說如同雪中送炭。在一平方厘米內就能種植大約100億根。最重要的是，許竟鳴的納米管具有使納米耳靈敏度大大超過人耳纖毛的潛力。諾卡說：「耳朵裡的纖毛直徑為100納米左右，長度是一兩個微米。而我們現在能夠製造直徑只有幾納米、長度卻達到60微米的納米管。纖毛越長越細，彈性就越大，靈敏度就越高。這些裝置在太空中將能夠大行其道，而且在地球上也大有用場。
　　
　　 尼爾森說：「有朝一日，我們或許能夠製造一種人工耳蝸，通過監聽水中游動的微生物的節奏來檢驗水質。」還可將這種人工耳蝸置於人體血液循環中，作為流動的納米聽診器，專門監聽細胞功能失調。
　　
　　 也許要不了多久，我們就會看到諾卡的裝置是否靈驗。雖然在醫生們的出診箱中出現納米聽診器，還需要10年或更長時間，但是諾卡期望在3年內擁有樣品。
　　
　　 納米耳在其它領域中的應用可能同樣驚人。例如，劍橋大學的化學家克勒納曼已在探索「偵聽」化學反應聲音的新奇途徑。克勒納曼說：「分子水平上的雜訊學是一個未知領域。諾卡還有許多工作要做。」諾卡則急於大顯身手。他說：「分子水平上的雜訊學是個完整的，嗡嗡作響的世界，許多問題在等待答案。我們的靜纖毛將開始解答這些問題。」