纳米管、纳米粒子、纳米带等具有全新功能的纳米(10亿分之1米)级新材料正接连不断地被开发出来。日本名古屋大学研究生院工学研究科的副教授安井隆雄新发现了通过使用纳米线,仅需1毫升尿液即可检测癌症的技术。
将纳米线用于生物领域纳米线是截面直径为几十~一百纳米的针状构造物。以前被称为“晶须(Whisker)”,是造成电子产品绝缘不良的罪魁祸首,但进入年代后,业界开始尝试在多种场合利用纳米线。纳米线可使用半导体、金属和氧化物等多种材料制作,有望广泛应用于高灵敏度传感器和光伏电池等领域。
安井推进了氧化物纳米线在生物领域的应用。生物领域不像高灵敏度传感器那样只使用1条纳米线,而是利用大量纳米线构成纳米线“森林”。安井在×40毫米的面积上生长出了1亿条纳米线,打算利用与微流路结合的纳米线器件,收集可进行癌症检测的细胞外囊泡(外泌体)以及微生物。含有外泌体和微生物的溶液流经纳米线“森林”时,流路底部的纳米线会将其收集起来。
安井介绍说:“用于癌症检测时,收集体液中存在的外泌体,然后提取其中控制生物功能的小片段——微RNA进行解析。鉴定微生物时也是从微生物中提取DNA进行解析。所以我觉得可以利用纳米线收集小的标靶”。
兼顾功能和成本目前,安井在利用两种方法制作纳米线。一种是气液固相(VLS)法,即熔化基板上的黄金微粒,并以气相状态向其供应锡和氧,使之作为固相晶体(氧化锡)生长(图1)。纳米线的粗细和密度可以通过基板上配置的黄金微粒控制。
图1:利用黄金微粒制作纳米线的方法。在想生长纳米线的基板上附着黄金微粒并加热(左)。黄金微粒发挥催化剂的作用,仅黄金微粒附着的位置上能生长纳米线(右)。
另一种方法是水热合成法,把实施了表面处理的基板浸入含有原子(原料)的溶液中,使其生长出纳米线。
安井介绍了纳米线的生长原理:“无论哪种方法,生长过程中都会发生降低整体表面能的现象。在VLS法中,熔化的黄金微粒发挥催化剂的作用,促进晶体生长。在水热合成法中,通过对硅基板实施氧化物成膜等表面处理,可以在希望生长纳米线的位置,形成便于晶体生长的表面能态”。
纳米线器件的另一个特点是安井所说的“受到产业