分形是與傳統幾何學相對的一個概念，可以將其理解為一種粗糙和零碎的幾何形狀。 它由大量不規則曲線構成，但在任意小的尺度上都有著精細的結構，如果將其分為不同的部分，不論大小，每一部分的形狀都和整體一樣，這樣的圖形也被稱為“自相似”圖形。 以雪花為例，在顯微鏡下，無論是1毫米、1/10毫米還是1/1000毫米的尺度，雪花邊緣上的圖案和形狀幾乎是相同的。 往大里講，無論是天空中星系團的位置，還是地面蜿蜒的河流，或是樹上的一片葉子，都存在著分形特徵。 而對人體而言，以一段較長的時間來看，呼吸和心跳的節奏也具有分形特徵。
正是因為註意到了這一點，美國克拉克森大學的研究人員提出了通過分形幾何學識別癌細胞的設想。 負責該項研究的伊戈爾·索科洛夫 (Igor Sokolov )和同事利用原子力顯微鏡，在1納米（100萬分之一毫米）的精度上對取自人類子宮頸的健康細胞和癌細胞的外形進行了對比。 不同於以往只獲得細胞的二維結構圖像，新研究採用全新的方法對細胞的三維圖像進行研究。 測量結果顯示，癌細胞在外形上具有顯著的分形特徵，而健康細胞卻並不明顯。
索科洛夫說，目前在宮頸癌檢測上，如巴氏塗片、液基細胞學檢測等方法都是有效和非侵入性的，但準確性較差，尤其是較早的巴氏塗片法，經常得出一些模棱兩可的結論。 而使用新的圖像檢測方法，對來自12位患者的300個細胞樣本進行檢查的結果表明，其準確度接近100%。 據此他斷言，基於物理的方法，將達到甚至超過傳統生化檢測方法在單細胞水平上的檢測能力。 下一步，索科洛夫的研究小組計劃擴大測試規模，以對該技術作進一步的驗證。 此外，他們還計劃對健康細胞在癌變過程中的分形特徵展開研究。
普林斯頓大學生物物理學專家羅伯特·奧斯汀 (Robert Austin)說，或許類似的研究正是將癌細胞的物理學特質與生化特徵聯繫起來的第一步，隨著研究的深入，它將加速科學家對癌細胞了解，最終幫助人們在擊敗癌症上獲得更大的主動權。
科技日報 2011/07/08 王小龍
相關連結
- Searching for fractals may help cancer cell testing (Physorg)
- Cell surface as a fractal: Normal and cancerous cervical cells demonstrate different fractal behavior of surface adhesion maps at the nanoscale (Physical Review Letters, in pres)
- Igor Sokolov- Condensed Matter Research Group (Clarkson University)
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