色彩艷麗的甲殼類動物居然是改善癌癥檢測技術的希望？螳螂蝦非同尋常的視力——動物王國中最發達的視覺系統——成為新一代仿生研究對象。一個研究小組以螳螂蝦為靈感設計了一套成像系統，期望以此打造新型的癌癥檢測工具。

螳螂蝦：一種值得關注的生物

海底巖石的裂縫中躲藏著一種平均身長約 10 cm 的小型甲殼類動物。這些生物的名字叫做螳螂蝦，別看它們身材矮小，堅硬的“拳頭”卻不容小覷。發現獵物后，這種侵略性強的生物會立即展開殘暴的攻擊，刺穿或擊碎獵物（發狠時曾擊碎過水族箱的玻璃）。螳螂蝦甚至可以創造出小型內爆，產生光、熱和聲音。

螳螂蝦多達數百種，其中孔雀螳螂蝦擁有鮮艷多彩的外觀。圖片由 Christian Gloor 提供。獲得 CC BY 2.0 許可，通過 Flickr Creative Commons 分享。

螳螂蝦可不只有力量名聲在外。為了更好地定位獵物和捕食者，它們也進化出了卓越的視覺能力。它們的眼睛中有多達 16 種顏色感受器（多數人類只有 3 種）。除此之外，它們的眼睛可以獨立移動，還有 6 個可以捕捉光線極化的通道，不愧為大自然中最復雜的眼睛系統。

孔雀螳螂蝦的繪畫作品。

與現代相機相比，螳螂蝦的高靈敏度視覺系統可以捕獲更多高質量信息，而不會消耗太多能量，占用額外空間。這啟發了由來自美國圣路易斯華盛頓大學；美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校；以及英國劍橋大學動物學系的科學家組成的研究小組，他們提出了一個想法：“如果模擬螳螂蝦的視覺能力設計一個成像系統，將會怎樣？”

受生物學啟發的超靈敏成像系統

該團隊開發的單芯片成像系統由垂直堆疊的硅基光電探測器構成，這種光電探測器利用了納米線偏振濾波器進行單片集成。利用這些組件，緊湊型成像儀能夠以低功耗實時準確地生成高分辨率的色彩與偏振數據。

利用系統獲取偏振數據的功能，人們可以獲知豐富的信息，例如材料與組織的屬性、結構組成、表面粗糙度甚至是三維形狀。在自然界中，動物利用能看見偏振光的視覺優勢來尋找食物、野外導航，并向其他動物傳達信息。在明亮的環境中，人類也會配戴偏光太陽鏡。

偏光太陽鏡。圖片由 Rick Kimpel 提供。獲得 CC BY 2.0 許可，通過 Flickr Creative Commons 分享。

人們預計，受螳螂蝦啟發的成像系統可以為許多潛在應用生成彩色偏振圖像。一個應用示例是加強對生活在自然棲息地的海洋生物的了解。此外，由于成像系統堅固而緊湊，還可用于水下攝像機，幫助研究人員監測水下環境的變化和研究海洋物種，一些科學家還將偏振成像應用于隱蔽通信。

這項研究的最初動力是挖掘新型成像系統在早期癌癥診斷方面的應用潛力。研究人員發現，該設備可以有效地測量可見光譜中的偏振信號，而且誤差較小。成像系統的精確度和出色的偏振靈敏性有助于檢測癌癥征兆，因為它能夠識別生物組織中細微的偏振狀態變化。不僅如此，該技術的制造成本和功率需求很低，所以更容易在全球范圍內實現醫療用途。