纳米线是横截面直径约为几十到一百纳米的针状构造物，还有个别称叫做“晶须”。从上世纪90年代开始，多个领域开始尝试应用纳米线，纳米线可以由半导体、金属、氧化物等制成，并且它在高灵敏度传感器和光伏电池领域有不错的成绩。

显微镜下的晶须

而安井教授另辟蹊径 ，将纳米线用于生物领域，与其他领域不同的是，生物领域需要大量纳米线构成的纳米线“森林”。安井在2×40mm的面积上生长出一亿条纳米线，他的想法是，可以利用与微流路结合的纳米线器件，收集可用于癌症检测的外泌体以及微生物。当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。

安井解释道：“我的想法是通过收集体液中的外泌体，然后提取其中具有控制生物功能的微RNA进行解析。这和鉴定微生物从微生物中提取DNA解析的方法是一个道理。”

目前安井制备纳米线的方法主要有两种，一种是气液固相法（VLS法），首先熔化基板上的黄金微粒，并以气相状态向其供应锡和氧，使之以固相晶体状态生长。通过基板上的黄金微粒控制纳米线粗细和密度。

■图1：利用黄金微粒制作纳米线的方法。

还有一种水热合成法，把表面处理过的基板浸入含有原子的溶液中，使其生长出纳米线。

安井认为：“无论是哪一种方法，生长过程中都会降低整体表面能。在VLS法中，黄金微粒作为一个催化剂，促进晶体生长。而在水热合成法中，通过对硅基板进行表面处理，可以在指定位置，形成便于晶体生长的表面能态。”而纳米线器件在研发过程中遇到的一个难题是：必须要使含有外泌体样本溶液和纳米线接触才能收集到样本。因此安井经过多次尝试，最后决定在流路顶面刻上很多条v型刻纹，这样的话，流路内会形成螺旋状水流，使得溶液充分接触纳米线。

■图2：放大1000倍的流路模型。从上部开口注入样本液体。注入的液体通过上部的V字型结构形成螺旋状水流，充分接触底面纳米线后，从另一个孔排出。

安井认为，如果只实现功能难以推进产业应用，想做为材料大面积应用的话，还得降低制造成本才行。为此，他详细研究了纳米线的生长方法和流路材料，反复进行了改良。虽然目前还有改善的空间，比如将流路形状进一步升级等，不过既然已经明确了功能和原理，也有控制成本的方法，还是希望产业界可以尽快将其用于商业用途。

■图3：实际的纳米线器件。通过改良在硅基板上生长纳米线的方法，以及利用O型圈（衬垫）形成流路，将成本降到最低。

纳米线用途之一是癌症检测，细胞外泌体中含有微RNA，目前已在人体内发现2600多种微RNA。健康人和癌症患者体内的各类微RNA所占的比例不同，因此可以利用这个差别来发现癌症。以前大多是用血液检查癌症，此次安井通过收集尿液中含有的外泌体，并解析其中含有的微RNA，成功检测出了癌症。安井说：“血液样本的采集和管理都比较麻烦，相反，尿液不但成本低，还省时省力，并且没有痛苦，可以减轻患者负担。”

一开始安井认为尿液中只含有200到300种微RNA，数量远不及血液中的，担心无法达到和血液样本一样的检测效果。结果惊喜的发现，尿液中大约有2000多种微RNA。更让人意想不到的是，利用尿液检测的准确率居然更高，可能是因为尿液中混入的蛋白质比血液中少。据安井称，目前已经可以用这种方法测出肺癌和脑癌。从他自信的话语中我们可以预见，这项技术将来一定会在癌筛领域大放异彩！