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看不見的東西：蝴蝶如何幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)癌癥

時間：2025-11-23 00:41:18 來源：網(wǎng)絡(luò)整理編輯：焦點(diǎn)

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生物感應(yīng)成像傳感器上方蝴蝶的藝術(shù)描繪。鳴謝:uux.cn/伊利諾伊大學(xué)香檳分校格蘭杰工程學(xué)院神秘的地球uux.cn）據(jù)伊利諾伊大學(xué)格蘭杰工程學(xué)院：在我們的星球上有許多比人類擁有更高級感官的生物。海龜可上海同城美女約炮（微信189-4469-7302）無套吹簫、配合各種姿勢

生物感應(yīng)成像傳感器上方蝴蝶的藝術(shù)描繪。鳴謝:uux.cn/伊利諾伊大學(xué)香檳分校格蘭杰工程學(xué)院
（神秘的蝴蝶何幫地球uux.cn）據(jù)伊利諾伊大學(xué)格蘭杰工程學(xué)院：在我們的星球上有許多比人類擁有更高級感官的生物。海龜可以感知地球磁場。助科上海同城美女約炮（微信189-4469-7302）無套吹簫、配合各種姿勢螳螂蝦可以檢測偏振光。發(fā)現(xiàn)大象能聽到比人類低得多的癌癥頻率。蝴蝶可以感知更廣泛的東西顏色，包括紫外線。蝴蝶何幫
受鳳蝶增強(qiáng)視覺系統(tǒng)的助科啟發(fā)，一組研究人員開發(fā)了一種成像傳感器，發(fā)現(xiàn)能夠“看到”人眼無法到達(dá)的癌癥紫外線范圍。該傳感器的東西設(shè)計(jì)使用堆疊的光電二極管和鈣鈦礦納米晶體(PNC ),能夠?qū)ψ贤夥秶鷥?nèi)的不同波長進(jìn)行成像。利用生物醫(yī)學(xué)標(biāo)記物(如氨基酸)的蝴蝶何幫上海同城美女約炮（微信189-4469-7302）無套吹簫、配合各種姿勢光譜特征，這種新的助科成像技術(shù)甚至能夠以99%的置信度區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞。
這項(xiàng)由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校電氣和計(jì)算機(jī)工程教授維克多·格魯夫(Viktor Gruev)和生物工程教授舒明·聶(Shuming Nie)領(lǐng)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)新研究，最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。癌癥
小變化
“我們從蝴蝶的視覺系統(tǒng)中獲得了靈感，它們能夠感知紫外光譜中的多個區(qū)域，并設(shè)計(jì)了一種復(fù)制這種功能的相機(jī)，”格魯夫說。“我們通過使用新型鈣鈦礦納米晶體，結(jié)合硅成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這種新的相機(jī)技術(shù)可以檢測多個紫外區(qū)域。”
紫外光是波長比可見光短(但比X射線長)的電磁輻射。我們最熟悉來自太陽的紫外線輻射及其對人類健康的危害。基于不同的波長范圍，紫外光被分為三個不同的區(qū)域——UVA、UVB和UVC。由于人類無法看到紫外線，因此捕捉紫外線信息具有挑戰(zhàn)性，尤其是辨別每個區(qū)域之間的微小差異。
然而，蝴蝶可以看到紫外光譜中的這些微小變化，就像人類可以看到藍(lán)色和綠色的陰影一樣。格魯夫指出，“我很好奇它們是如何發(fā)現(xiàn)這些微小的變化的。紫外光難以置信地難以捕捉，它會被所有東西吸收，而蝴蝶成功地做到了這一點(diǎn)。”
《模仿游戲》
人類有三色視覺，有三個光感受器，感知的每種顏色都可以由紅、綠、藍(lán)組合而成。然而，蝴蝶有復(fù)眼，有六種(或更多)具有不同光譜敏感度的光感受器。特別是黃鳳蝶，一種黃色的亞洲鳳蝶，不僅有藍(lán)色，綠色和紅色，還有紫色，紫外線和寬帶受體。此外，蝴蝶有熒光色素，使它們能夠?qū)⒆贤夤廪D(zhuǎn)化為可見光，然后可以很容易地被它們的光感受器感知。這使他們能夠感知周圍環(huán)境中更廣泛的顏色和細(xì)節(jié)。
除了光感受器數(shù)量的增加，蝴蝶還在其光感受器中表現(xiàn)出獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)。為了復(fù)制鳳蝶的紫外感應(yīng)機(jī)制，UIUC團(tuán)隊(duì)通過將一薄層PNC與硅光電二極管的分層陣列相結(jié)合來模擬這一過程。
PNC是一類半導(dǎo)體納米晶體，表現(xiàn)出類似于量子點(diǎn)的獨(dú)特屬性——改變粒子的大小和組成會改變材料的吸收和發(fā)射屬性。在過去的幾年中，PNC已經(jīng)成為不同傳感應(yīng)用的有趣材料，如太陽能電池和led。PNC在探測紫外(甚至更低)波長方面非常出色，而傳統(tǒng)的硅探測器卻不行。在新的成像傳感器中，PNC層能夠吸收紫外光子并重新發(fā)射可見(綠色)光譜的光，然后被分層的硅光電二極管檢測到。對這些信號的處理允許繪制和識別紫外信號。
醫(yī)療保健及其他
癌癥組織中存在各種生物醫(yī)學(xué)標(biāo)記物，其濃度高于健康組織中的濃度——氨基酸(蛋白質(zhì)的構(gòu)建模塊)、蛋白質(zhì)和酶。當(dāng)受到紫外光激發(fā)時，這些標(biāo)記物會發(fā)光，并在紫外光和部分可見光譜中發(fā)出熒光，這一過程稱為自體熒光。“紫外區(qū)域的成像受到限制，我認(rèn)為這是科學(xué)進(jìn)步的最大障礙，”聶解釋說。“現(xiàn)在我們已經(jīng)提出了這項(xiàng)技術(shù)，我們可以以高靈敏度成像紫外光，還可以區(qū)分微小的波長差異。”
因?yàn)榘┌Y和健康細(xì)胞具有不同濃度的標(biāo)記物，因此具有不同的光譜特征，這兩類細(xì)胞可以根據(jù)它們在紫外光譜中的熒光來區(qū)分。該團(tuán)隊(duì)評估了他們的成像設(shè)備區(qū)分癌癥相關(guān)標(biāo)記的能力，發(fā)現(xiàn)能夠以99%的置信度區(qū)分癌癥和健康細(xì)胞。
Gruev，Nie和他們的合作研究小組設(shè)想能夠在手術(shù)中使用這種傳感器。最大的挑戰(zhàn)之一是知道切除多少組織以確保清晰的邊緣，當(dāng)外科醫(yī)生切除癌性腫瘤時，這種傳感器可以幫助促進(jìn)決策過程。
“這種新的成像技術(shù)使我們能夠區(qū)分癌細(xì)胞和健康細(xì)胞，并開辟了除健康以外的新的令人興奮的應(yīng)用，”聶說。除了蝴蝶之外，還有許多其他物種能夠在紫外線中看到東西，擁有一種檢測光線的方法將為生物學(xué)家提供有趣的機(jī)會，以了解更多關(guān)于這些物種的信息，例如它們的狩獵和交配習(xí)慣。將傳感器帶到水下也有助于更好地了解環(huán)境。雖然大量的紫外線被水吸收，但仍有足夠的紫外線通過產(chǎn)生影響，水下有許多動物也能看到并使用紫外線。

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