圖1 NOFT係統概述。a
，胡克定律可用於模擬NOFT平台的響應。隨著薄膜的壓縮
，聚合物包層的彈簧常數以及NP的散射強度增加。b，製備NOFT裝置的總體工作流程：SnO2波導合成；可壓縮聚合物移植物的產生
；金納米顆粒的附著；遠場成像，數據采集和分析

 

目前，有可能獲得從單個分子到更大的細胞結構和組織的實時信息。然而
，由於力反饋機製和有源元件
，縮小納米機械傳感器的(de)尺(chi)寸(cun)仍(reng)然(ran)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)。具(ju)有(you)緊(jin)湊(cou)的(de)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)使(shi)很(hen)多(duo)測(ce)量(liang)得(de)到(dao)實(shi)現(xian)
，包(bao)括(kuo)細(xi)胞(bao)內(nei)監(jian)測(ce)，微(wei)創(chuang)探(tan)測(ce)和(he)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)檢(jian)測(ce)。理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，傳(chuan)感(gan)器(qi)足(zu)夠(gou)小(xiao)以(yi)使(shi)炎(yan)症(zheng)反(fan)應(ying)最(zui)小(xiao)化(hua)
，同(tong)時(shi)具(ju)有(you)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)同(tong)時(shi)跟(gen)蹤(zong)多(duo)個(ge)力(li)學(xue)事(shi)件(jian)的(de)能(neng)力(li)。和(he)尺(chi)寸(cun)同(tong)樣(yang)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)以(yi)不(bu)同(tong)模(mo)式(shi)操(cao)作(zuo)並(bing)檢(jian)測(ce)各(ge)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)納(na)米(mi)力(li)特(te)征(zheng)的(de)能(neng)力(li)。例(li)如(ru)

，在(zai)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)下(xia)，傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)能(neng)夠(gou)感(gan)應(ying)作(zuo)用(yong)在(zai)其(qi)上(shang)的(de)微(wei)力(li)，但(dan)是(shi)，具(ju)有(you)非(fei)接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)也(ye)是(shi)有(you)利(li)的(de)
，其(qi)中(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)諸(zhu)如(ru)源(yuan)自(zi)體(ti)積(ji)變(bian)化(hua)或(huo)移(yi)動(dong)質(zhi)量(liang)的(de)聲(sheng)波(bo)之(zhi)類(lei)的(de)信(xin)號(hao)。為(wei)此(ci)
，必(bi)須(xu)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)計(ji)成(cheng)與(yu)聲(sheng)波(bo)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)並(bing)產(chan)生(sheng)高(gao)於(yu)噪(zao)聲(sheng)水(shui)平(ping)的(de)可(ke)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)。這(zhe)些(xie)新(xin)型(xing)超(chao)靈(ling)敏(min)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)實(shi)現(xian)需(xu)要(yao)新(xin)方(fang)法(fa)和(he)創(chuang)新(xin)工(gong)程(cheng)。目(mu)前(qian)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)具(ju)有(you)高(gao)空(kong)間(jian)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)力(li)分(fen)辨(bian)率(lv)以(yi)及(ji)能(neng)夠(gou)在(zai)各(ge)種(zhong)生(sheng)物(wu)環(huan)境(jing)中(zhong)操(cao)作(zuo)的(de)超(chao)靈(ling)敏(min)納(na)米(mi)機(ji)械(xie)儀(yi)器(qi)。

 

圖2 用於檢測納米機械信號的NOFT操作。a

，設置為檢測力學或聲學特征時的NOFT係統的一般示意圖。聲信號的數據處理包括收集的散射信號的傅立葉變換（FT）。b
，在平均信號(方差係數)上散射信號與存在或不存在細菌的NOTF裝置的平均散射信號之比。c
，來自存在和不存在心肌細胞的NOFT裝置的光散射信號的FT

 

近日，加利福尼亞大學聖地亞哥大學的科學家提出一種具有亞皮牛頓力靈敏度和納米尺度的緊湊型納米纖維光學應力傳感器（NOFT），為探索生物分子係統內的複雜力學現象鋪平了道路。NOFT平台包括SnO2納米纖維光纖，其配備有填充有等離子體納米粒子(NPs)的薄、可壓縮聚合物包層。這種組合允許通過跟蹤NP與光纖的近場相互作用時的光學散射來量化NP的埃級運動。一旦可壓縮包層的力學性能完全表征

，可以將距離相關的光信號轉換為力。在該協議中

，描述了NOFT係統的合成，表征和校準的細節。從納米纖維光學器件的合成到獲取納米應力數據的總體協議需要72小時。相關內容以《Nanoscale fiber-optic force sensors for mechanical probing at themolecular and cellular level》為題，發表在《Nature Protocols》雜誌上。

 

圖3 近場散射和金納米粒子的附著。a，實驗數據顯示單個金納米粒子的歸一化散射強度與使用自組裝聚電解質層的WG-NP分離。b
，上圖：在SnO2納米纖維上沉積後附著的NP參考和透射電子顯微鏡（TEM）圖像的示意圖。下圖：NP傳感器附著的示意圖和在SnO2納米纖維上沉積後的TEM圖像

 

 

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