來源： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3860
眩麗多彩的蝴蝶，除了賞心悅目令人著迷外，科學家發現這種美麗動物在檢測癌症、幫助拯救生命方面，也發揮至關重要的功能。
美國伊利諾大學香檳校區研究團隊受到柑橘鳳蝶增強視覺系統的啟發，開發了一種影像感測器，能夠「看到」人眼無法到達的紫外線範圍，並以99%的靈敏度區分癌細胞和正常細胞。
這項研究由該校香檳校區電機與電腦工程教授Victor Gruev 以及生物工程教授Shuming Ni(聶書明)主導，研究論文2023年11月3日發表在《Science Advances》（科學發展）期刊。
Victor Gruev表示，蝴蝶能夠感知紫外線光譜中的多個區域，他們從中得到靈感，設計了一款透過新型鈣鈦礦奈米晶體並結合分層矽光電二極體影像技術、具有類似蝴蝶功能的影像儀器。可以檢測多個紫外線光譜區域。
紫外線是波長比可見光短、但比X射線長的電磁輻射，大自然中到處可見，只是我們人眼看不到。紫外線依波長範圍的不同，可分UVA、UVB 和 UVC這三個不同區域，要捕獲紫外線具有挑戰性，尤其是辨別每個不同區域之間的微小差異。
這是因為人類具有三色視覺，有三個感光器，可透過紅色、綠色和藍色三原色的多重組合，看到可見光中的各種顏色，但無法看到紫外線。蝴蝶有複眼，有六種甚至更多感光器，具有不同的光譜敏感性，剛好可以捕獲人類無法看到的紫外線，彌補人類的不足。
柑橘鳳蝶（Papilio Xuthus）是一種黃色的亞洲燕尾蝴蝶，除了有紅色、綠色和藍色的感光器，還具有紫色、紫外線和寬頻的感光受體，以及螢光色素，可以將紫外線轉換成可見光，輕鬆感知到可見光，同時也感知到環境中更廣泛的顏色和細節。
除了感光接受器數量增加之外，柑橘鳳蝶的感光接受器還表現出獨特的分層結構。伊利諾大學香檳校區研究團隊為了複製柑橘鳳蝶的紫外線感光機制，將薄層鈣鈦礦奈米晶體 (PNC)和分層矽光電二極體陣列相結合，模擬這個過程。
PNC是一種半導體奈米晶體，具有與量子點相似的獨特特性，可以改變顆粒的尺寸和成分，並改變材料的吸收和發射特性。在過去幾年中，PNC 已成為太陽能電池和LED等不同感測應用的有趣材料。
PNC非常擅長檢測傳統矽探測器無法偵測的紫外線，甚至比紫外線更低的波長。在新型影像感測器中，PNC層能夠吸收紫外光子並重新發射綠色可見光光譜中的光，然後由分層矽光電二極體偵測到，而透過對這些訊號的處理，可以繪製和識別紫外線特徵。
癌組織中有各種生物標記，且其濃度高於正常細胞，包括胺基酸、蛋白質和酶，當受到紫外線激發時，這些生物標記會發光，並在紫外線和部分可見光的光譜中發出螢光。
然而，紫外線的影像受到限制，而這也成為我們更進一步偵測癌細胞的最大障礙。Shuming Ni表示，他們這個研究團隊已經開發出這項技術，可以對紫外線進行高靈敏度影像分析，還可以區分微小的波長差異，進而分辨出癌細胞和正常細胞。
研究團隊打算把這套系統運用在手術室。目前癌症手術最大的挑戰之一，就是不知道要切除多少腫瘤組織，以確保最清晰的邊緣。這項靈感來自於柑橘鳳蝶的紫外線感測器，正好可以協助醫師在動刀時，更加清楚看到可以切除的範圍，讓癌症患者有更好的預後，而這也是大自然給我們最好的禮物。
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