用手机来看病毒，你愿意吗？

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（文/Charles Q. Choi）智能手机公司常爱自夸他们自家产品的摄像头质量如何比对手的产品高出一大截，可是在科学家面前他们都弱爆了——他们用一套安装在智能手机上的新式超轻型便携式成像系统分辨出了单个的病毒。专家们还说这套系统马上就能看到单个的分子了。
整套系统安装在一个3-D打印的外壳里，重量差不多相当于一杯生大米。在实验中，这套系统识别出了小到100纳米的物体。（一纳米是一米的十亿分之一。）研究人员发现它能够观测到单个病毒，例如人类巨细胞病毒，这是一种能够削弱患者的免疫系统，从而威胁生命的病毒，外形约有150至300纳米大小。艾滋病毒，狂犬病毒和流感病毒的大小也与之接近。“这是有史以来人类首次利用基于手机的便携式成像系统观测到单个的纳米级物体，以及病毒，”加州大学洛杉矶分校的电气工程师及生物工程师艾多甘·奥兹坎（Aydogan Ozcan）说。奥兹坎和他的同事们在10月22日的《美国化学学会纳米期刊》（ACS Nano）上描述了他们的装置。

用手机来看病毒，你愿意吗？

（左）：智能手机与新成像系统合体图。（中）：使用智能手机和成像系统所拍摄的图像。（右）：用扫描电子显微镜拍摄的比较图像。图片由加州大学洛杉矶分校奥兹坎研究小组提供。
$ Y7 b9 p9 @/ Z一种叫做荧光团的分子能帮助观测者找到微小的物体。荧光团附着在特定的目标上（例如某一种特定的病毒）并能在特定波长的光照下发出荧光，指示他们的目标所在。成像系统向荧光团发射出一束蓝色激光，以激活后者，并将获得的光线引入镜头，送进手机的相机中。“这些结果说明了你不再需要精密和昂贵的显微镜来观测直径数百纳米的微小物体了，”荷兰莱顿大学（Leiden University）的物理学家Saumyakanti Khatua说，他并未参与这一研究。“一个非常重要的应用场合就是在实验条件非常有限的农村地区检测病毒。”
1 m( w% h0 c( ?5 `到目前为止，这套装置还只能探测到被数百个荧光团标记的物体——目前还不能观测到单个荧光团。不过研究人员说这一限制将很快被打破。“我们相信只需要对现有设备稍作改进，就能达到观测单个分子的水平，”Khatua说，他与同事米歇尔·奥利特（Michel Orrit）在ACS Nano上就该项研究发表了一篇评论。例如，该套成像系统可以毫无困难地装备上能够收集更多光线的镜头组，以及能够使荧光团发出更多亮光的天线。“这些可能的改动并不需要大量更改装置的设计，因此很快就能实现。”Khatua说。
其他研究人员已经开发出了可以检测到单个分子的传感器。基于这样的单分子分辨率传感器的新型显微系统的一个优点是，它不仅能检测到目标的存在与否，同时还能对目标进行定位，而这正是分析生物系统和其他的复杂系统的关键所在，Khatua表示。
, [; E; t, S# r7 o$ J+ v5 B除了在疾病症状出现之前就探测到病毒的存在，智能手机显微镜系统的潜在应用还包括在食物和饮用水中检测细菌和其他杂质。而探测和识别单个分子的潜力则将打开一扇更加广阔的应用之门，例如法医分析，污染监测以及货物鉴定等。“想像一下诸如地质学家在岩脉中识别矿藏，或者是修理厂为某个未知的聚合物零件迅速找到相对应的胶水，”Khatua和Orrit在他们的评论中写道：“随着智能手机的持续普及，如今已经有了超过十亿用户，再加上制造更快的处理器芯片和更灵敏的手机摄像头方面技术的飞速进步，这样的装置未来将如虎添翼。”
至于奥兹坎，他的系统可能很快将从实验室走进现实世界。他创立一家名为Holomic的初创公司，致力于实现上述设备和其他类似技术的商业化。
本文编译自科学美国人：Smartphone-Based Imaging System Spots Nanoscale Objects