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美國研究人員研發出首個體內(in vivo)奈米碳管(carbon nanotube)感測器。這些裝置可以藉由靜脈注射注入血管中或者植入皮下，可望用來即時偵測體內如一氧化氮(NO)等分子的濃度。
奈米碳管為直徑約1 nm的圓柱形碳結構，在近紅外光照射下，會發出近紅外波段的螢光，又由於生物組織和體液不會吸收此頻率的電磁波，所以可作為理想的生物感測器。美國麻省理工學院(MIT)的Michael Strano和Nicole Iverson等人在先前的實驗發現，被具有特定序列的DNA包覆的奈米碳管可用來偵測NO，原因是當NO分子與此DNA-奈米碳管複合物結合時，螢光訊號會受到抑制，科學家以利用此現象來監測NO。NO是活體細胞中重要的信號分子，它不僅是神經傳送素(neurotransmitter)，而且能調節免疫系統功能。在腫瘤細胞中，一氧化氮的含量經常不足。
最近，此MIT團隊進一步將奈米碳管改質，並製作了二種新型體內(in vivo)生物感測器。第一種感測器可注射入血管中，透過生物相容聚合物PEG的包覆，能避免碳管在血液等液體環境中集結成塊。第二種感測器則是將奈米碳管嵌入一種海藻酸鹽水凝膠(從海藻中萃取出的聚合物)，使用於皮下植入。
為了測試他們的裝置是否有效，研究人員將第一類感測器注射入小鼠活體內，而把第二種裝置植入不同批動物的皮下。藉由觀察奈米碳管發出的螢光的消減(quenching)，他們發現感測器確實進入血流中，並且能用來偵測肝臟等器官內的NO濃度，直到腎臟將其排出體外。另一方面，皮下植入裝置的使用期間可長達400天，意味著這類裝置可以針對癌症及其他炎性疾病進行長時效的NO濃度監控。
NO的存在會抑制奈米碳管發出螢光，不過當NO從系統中移除時 ，碳管會再次恢復螢光發光，因此上述碳管裝置不僅為低侵入性(minimally invasive，又譯成微創)，還能重複使用。此研究將奈米碳管感測器的應用範圍擴展至體內環境，未來可望用來執行長期或短期的體內化學物質偵測，特別是腫瘤細胞或其他疾病炎症反應的偵測。
此MIT團隊目前嘗試使用其他分子包覆奈米碳管以偵測葡萄糖，他們同時著手改良水凝膠，以期使裝置能更深入活體組織內。詳見Nature Nanotechnology｜doi:10.1038/nnano.2013.222。 |