米切尔 · 克里克顿写了一部名叫《捕食者》的关于纳米技术误入歧途的小说,里面讲一群光敏粒子穿过人体,创造出了终极医学成像系统。在现实世界中,生物化学家希望再进一步,利用病毒作为“纳米摄像机”,以期获得活细胞内部生命活动的独特画面——从而更好地认识病毒本身是如何工作的。
美国布鲁明顿市印第安纳大学由伯格丹 · 德拉格尼亚领导的研究小组正在探索载有金纳米粒子的病毒是否有能力闯入细胞内部(和病毒外壳本身的指示器一起),对激光作出反应。所有这些,会提供一幅反映细胞内化学、物理活动的前所未有的图像。
研究人员目前是采用拉曼光谱学技术来研究活细胞的。当激光从一些材料表面反弹时,大部分散射光与入射光的波长是相同的。但有一个称为拉曼光谱的部分却由于材料中一些分子具有独特的振荡特性,其波长却发生了变化。这就使研究人员有可能绘出细胞的大致图形,如细胞核的构造等。
然而拉曼光谱非常微弱,导入金纳米粒子则可使拉曼信号增强5倍以上,因为纳米粒子表面电子的相互作用会使散射光增强。不幸的是细胞总是要把金纳米粒子视为外来物体,并迅速将它们清除掉。
但病毒早已有了逃避被排斥的能力了。因此德拉格尼亚领导的研究小组决定利用它们作为特洛伊木马使纳米粒子得以潜入活动细胞中。
为了使金纳米粒子进入病毒体,研究人员用了一种称为雀麦属镶嵌病毒的可感染大麦的病原体,将它溶入一种碱性溶液。这样病毒的外壳就分解成氨基酸,然后降低溶液的PH值,使病毒自身重组。这一过程是在直径仅5纳米的金纳米粒子参与的情况下完成的,因此许多重组的病毒外壳中就有了取代病毒核糖核酸的金纳米粒子。
当病毒在模拟细胞质的培养液中浮游时让绿色激光向其照射,这时病毒外壳上的某些氨基酸就发射出由金纳米粒子增强的独特拉曼光谱信号。
德拉格尼亚说:“这使我们当时就能在显微镜下看到一个单独的病毒。”而直到现在,生物学家还在研究病毒的群落。德拉格尼亚目前正计划在大麦作物细胞上尝试这项技术。
普林斯顿大学病毒学家莱恩 · 恩奎斯特认为,如果试验成功,它将是一个突破。他说:“我们过去观察单个病毒的唯一方法是用电子显微镜观察制备好的标本。而绘出活细胞中单个病毒的图像是一项十分了不起的技术。”
这种病毒还可以描绘细胞的化学特性,因为拉曼光谱信号依病毒环境的PH值或离子强度而变化。这种图像将具有与病毒直径相当的约30纳米的惊人清晰度。