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撒尿蝦讓掃描癌症更容易

蝦蛄(mantis shrimp)號稱有全地球最強的雙眼,能看到可見光和紫外光,更有天然的濾鏡,讓雙眼也能偵測偏振光。蝦蛄頓時從撒尿牛丸的靈魂人物,搖身一變成為科學家的謬斯女神,激發科學家的靈感,研發出能偵測神經活動和腫瘤的神奇相機。

蝦蛄(mantis shrimp)號稱有全地球最強的雙眼,能看到可見光和紫外光,更有天然的濾鏡,讓雙眼也能偵測偏振光。

昆士蘭大學(the University of Queensland)的 Jastin Marshall 說:「我們可以感覺不同波長的可見光,利用色彩的色調、陰影來辨別物體,像是綠色樹叢中的紅色蘋果。蝦蛄的複眼則是利用偏振光(在一個平面振動的光線)來區別物體。」生活中也有許多以偏振光為原理的小設備,像是以光柵濾掉光線的太陽眼鏡。癌化細胞跟正常細胞反射光線時有不同的偏振特性,這個人類肉眼無法辨識的差異,卻逃不過蝦蛄的法眼。Marshall 的研究團隊即利用蝦蛄偵測偏振光的能力和腫瘤組織反射光線的差異,做出非侵入性的腫瘤偵測器。

蝦蛄眼睛上有用來過濾偏振光的微絨毛,研究人員用奈米鋁線模仿這個構造,排列在光電二極體上,過濾線性偏光轉換成電流,「將不可見的訊息轉成人類肉眼可見的顏色。」Marshall說。這是目前唯一可以用在內視鏡上的偏振光偵測器,能幫助醫生辨識病人體內難以跟健康組織區分的腫瘤組織。有一種特殊的螢光染料會聚集在腫瘤組織上,所以在研究人員結合此偵測器與螢光敏感 CCD 相機,在小鼠上測試腫瘤偵測的效果,研究團隊中的工程師也研發了高科技的護目鏡,讓外科醫師可以利用這個螢光標記辨識癌細胞。

「我們跟英美兩國的科學家共同研發的腫瘤相機,可以攝影、及時檢測惡性腫瘤,並監控神經細胞的活動。」Marshall 說。其實現在已有利用偏振光偵測惡性腫瘤的影像系統,但準確性較低,且設備較大。藉由模仿蝦蛄複眼的構造,科學家期望能改善偏振光偵測技術,將這種感測器應用在相機上,放到智慧型手機裡,這樣一來,人們可以在家裡自行掃描體內的腫瘤,就可以避免組織切片等侵入性的癌症檢驗方法,讓早期診斷更加便利。

名詞解釋

  • 偏振光:光是一種電磁波,光波的振動方向跟前進方向垂直,在這個與光束垂直的平面上,自然光振動方向的頻率會輻射狀的均勻分佈,振幅也相同;若振動方向固定或成規律的變化,即為偏振光。
  • 蝦蛄的視覺系統:蝦蛄(Stomatopod crustaceans)複雜的視覺系統聞名遐邇,牠的眼睛有16種光受器,可以看到紫外線,還能看到線偏振/圓偏振光。更多資訊可以參考《Current Biology》上的論文:《Biological Sunscreens Tune Polychromatic Ultraviolet Vision in Mantis Shrimp》

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所
審校:陳妤寧

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

 

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關於作者

雷漢欣

PanSci的菜菜實習編輯,來自溫馨的動科系,心情好的時候喜歡說「你知道嗎!?」小故事,即使常得到「誰不知道阿.......」的冷眼回應,也不改其志。