藝術家對檢測單個細菌在石墨烯上納米級運動的印象圖。圖片來源：Irek Roslon，荷蘭代爾夫特理工大學
科技日報實習記者?張佳欣
你有沒有想過細菌會發出獨特的聲音？如果我們能聽到細菌的聲音，我們就能知道它們是否還活著。當細菌被抗生素殺死時，這些聲音就會停止，除非細菌對抗生素產生耐藥性。現在，荷蘭代爾夫特理工大學法爾博德·阿里賈尼課題組研究人員成功使用石墨烯捕捉到了單一細菌的低水平噪音。相關研究發表在18日《自然·納米技術》雜志上。
研究團隊最初是研究石墨烯的基本力學原理，但他們想知道如果這種極其敏感的材料與單個生物物體接觸會發生什么。“石墨烯是碳的一種存在形式，由單層原子組成，也被稱為‘神奇材料’。”法爾博德·阿里賈尼說，“它非常堅固，具有良好的電氣和機械性能，而且對外力也非常敏感。”
研究人員對大腸桿菌進行了首次實驗。結果發現，當細菌附著在石墨烯鼓的表面時，它會產生幅度低至幾納米的隨機振動，研究人員可以檢測并聽到單個細菌的聲音。
這種極小的振動源自細菌生物的過程，主要來自它們的鞭毛。為了讓人們更好地理解石墨烯上細菌鞭毛的“節拍”是多么微小，阿里賈尼打比方說，如果也讓細菌來打拳擊沙袋的話，它們至少比人類拳擊手的拳頭力度小100億倍。現在，這些納米級的“節拍”可以被轉換為音軌并被聽到了。
研究人員表示，這項研究對抗生素耐藥性的檢測具有巨大的意義。實驗結果是明確的：如果細菌對抗生素產生耐藥性，振動會在相同的水平上繼續。當細菌容易受到藥物作用時，振動會在一兩個小時內逐漸減弱，直到完全消失。由于石墨烯鼓的高靈敏度，只需一個電池就可以檢測到這一現象。
阿里賈尼說：“未來，我們的目標是優化我們的單細胞石墨烯抗生素敏感性平臺，并針對各種致病樣本進行驗證。從而最終可以作為一種有效的診斷工具包，在臨床實踐中快速檢測抗生素耐藥性。”抗生素耐藥性是世界各地對人類健康日益增長的威脅。在對抗抗生素耐藥性方面，這將是一個“無價的工具”。
總編輯圈點
對微觀世界，大多數時候我們還是“只見其人，未聞其聲”，用顯微鏡來觀察，用染色法、培養法來判斷細菌的生死。這次，科研人員打開了新思路。既然石墨烯是這么神奇又敏感的材料，若細菌在其表面運動，會不會留下“腳步”聲？這種力度極其輕微，要有靈敏的材料和“耳朵”才能捕捉。研究人員認為，聽到細菌活動的聲音，就有了判斷細菌活力的新方法。抗生素耐藥性是個世界難題，若開發出石墨烯抗生素敏感性平臺，則可快速對細菌耐藥性進行檢驗。