作者:Scott Manalis 来源:PNAS 发布时间:2014-2-11 11:23:39
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科学家将微观物体称重精度提高到阿克
 
据物理学家组织网日前报道,美国麻省理工学院的研究人员开发出一种技术,能够对单个纳米粒子的质量进行高精度测量,分辨率比上一代设备提高了30倍,精度可达0.85阿克(即attograms,1阿克等于10的负十八次方克)。该技术可对包括合成纳米粒子、DNA、蛋白质等物质进行称重,为相关实验提供了一种新的研究工具,同时也有望帮助科学家开发出更轻便、精确的医疗诊断设备。相关论文发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。
 
整套系统以麻省理工学院生物和机械工程学院教授斯科特·玛娜丽丝的技术为基础研制而成。玛娜丽丝曾在2007年开发出了一种名为悬浮微通道谐振器(SMR)的装置,该设备能够测得单个活细胞的精确质量。从那时起,研究人员就开始使用它跟踪细胞的生长,测量细胞的密度、硬度等物理性能。该设备由一个微型流体通道构成的硅制悬臂,和蚀刻在其中的真空振动腔组成。当细胞从流体通道内经过,其质量会改变悬臂的振动频率。而通过对悬臂振动频率变化的计算就可获得细胞确切质量。
 
新研究中,为获得更高的精度,研究人员对这一装置进行了改造。论文主要作者玛娜丽丝实验室的博士后塞利姆·劳康将装置的悬臂形容为“跳板”,待测粒子则被看作是“跳水者”。当跳水者(被测物)达到跳板(悬臂)的顶端时,谐振器开始运作,产生低频率、大振幅的震动。待跳水者跳入水中后,跳板震动的频率会比刚才快的多,因为跳水者离开后,跳板的总质量已经大幅下降。要测量更小的跳水者,就需要更迷你的跳板。因为,如果使用一个大悬臂来测量一个微小的纳米粒子,就如同在泳池里的三米板上放一个苍蝇。苍蝇在与不在的变化,几乎难以察觉。
 
为了实现上述目标,研究人员缩小了整个设备的尺寸,新版“体重秤”的悬臂长22.5微米,粒子运行通道宽1微米、深400纳米。为了达到更高的灵敏度,研究人员还将悬臂的震动源从静电改成了压电,从而产生了更大的振幅。经过小型化改造后,整个系统的精度最终被提高到了0.85阿克,远远超过了上代设备。有了这个系统,研究人员能够在大约90分钟的时间内对3000个粒子进行称重。
 
劳康说,新设备现在已经能对病毒、细胞外囊泡以及绝大多数的用于制药的纳米粒子进行称重。此外,该装置还可以被用来评估纳米粒子产量,确定精确的纳米结构,跟踪肿瘤细胞的物理变化,为相关实验提供了一种新型研究工具。(科技日报 王小龙)
 
 
 
 
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