美國加州理工學(xué)院科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊，研制成功首個能測量單個生物分子質(zhì)量的納米機械裝置。研究人員稱，這項新技術(shù)可在未來幫助醫(yī)生診斷疾病，支持生物學(xué)家探查細胞的分子機制等。相關(guān)研究報告發(fā)表在同日出版的《自然·納米技術(shù)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。
這款裝置僅有幾微米大，由與橋梁相似的振動結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)一個粒子或分子降落在橋面時，它的質(zhì)量會改變振蕩頻率，從而可顯示出其質(zhì)量。
新儀器基于能測量單個粒子質(zhì)量的納米機電系統(tǒng)(NEMS)共振器，但此前的設(shè)備并不能確定粒子的著陸點，因此科研人員需要測量大約500個相同粒子才能最終確認單個粒子的質(zhì)量。使用利用改進后的新儀器，科學(xué)家只需測量一個粒子。“這一關(guān)鍵性進展允許我們可以對單個分子進行稱重。”該校應(yīng)用物理和生物工程系教授邁克爾·若科斯說。
研究團隊首先分析了粒子如何能改變橋梁的振動頻率。所有的振蕩運動都由所謂的振動模式組成。如果橋梁僅以第一種模式振蕩，其將從一邊振動至另一邊，而中間的部分振動最為明顯。第二種振動模式處于較高的頻率，這意味著橋梁的一半會沿一個方向移動，另一半則會沿相反方向運動，形成S形的振蕩波，貫穿整個橋梁。同時，其還具有第三模式和第四模式等。無論橋梁何時振蕩，它的運動都可被看作是這些振動模式的組合。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過觀察當(dāng)粒子降落時第一、二種模式如何改變振動頻率，就能確定粒子的質(zhì)量和位置。
現(xiàn)有質(zhì)譜儀對于蛋白質(zhì)或病毒等大質(zhì)量分子無法有效且精確地進行測重，而新裝置針對大分子也能良好工作，還能擴展現(xiàn)有設(shè)備功能，開發(fā)新一代質(zhì)譜儀，測量更多種物質(zhì)的質(zhì)量。此外，新裝置采用標(biāo)準半導(dǎo)體制造技術(shù)，便于大量生產(chǎn)，成本也較為低廉。未來，新設(shè)備能被用于監(jiān)測病患的免疫系統(tǒng)或是診斷免疫性疾病，同時還有望幫助生物學(xué)家了解細胞的分子機制。如通過對細胞內(nèi)的每個蛋白質(zhì)進行多次稱重，科學(xué)家能夠更清晰地知曉蛋白質(zhì)在特定時刻的動態(tài)細節(jié)。