美開發(fā)新技術(shù)可將微觀物體稱重精度提高到阿克

美國麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種技術(shù)，能夠?qū)蝹€納米粒子的質(zhì)量進(jìn)行高精度測量，分辨率比上一代設(shè)備提高了30倍，精度可達(dá)0.85阿克(即attograms，1阿克等于10的負(fù)十八次方克)。該技術(shù)可對包括合成納米粒子、DNA、蛋白質(zhì)等物質(zhì)進(jìn)行稱重，為相關(guān)實驗提供了一種新的研究工具，同時也有望幫助科學(xué)家開發(fā)出更輕便、的醫(yī)療診斷設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

　　整套系統(tǒng)以麻省理工學(xué)院生物和機械工程學(xué)院教授斯科特·瑪娜麗絲的技術(shù)為基礎(chǔ)研制而成。瑪娜麗絲曾在2007年開發(fā)出了一種名為懸浮微通道諧振器(SMR)的裝置，該設(shè)備能夠測得單個活細(xì)胞的質(zhì)量。從那時起，研究人員就開始使用它跟蹤細(xì)胞的生長，測量細(xì)胞的密度、硬度等物理性能。該設(shè)備由一個微型流體通道構(gòu)成的硅制懸臂，和蝕刻在其中的真空振動腔組成。當(dāng)細(xì)胞從流體通道內(nèi)經(jīng)過，其質(zhì)量會改變懸臂的振動頻率。而通過對懸臂振動頻率變化的計算就可獲得細(xì)胞確切質(zhì)量。

　　新研究中，為獲得更高的精度，研究人員對這一裝置進(jìn)行了改造。論文主要作者瑪娜麗絲實驗室的博士后塞利姆·勞康將裝置的懸臂形容為“跳板”，待測粒子則被看作是“跳水者”。當(dāng)跳水者(被測物)達(dá)到跳板(懸臂)的頂端時，諧振器開始運作，產(chǎn)生低頻率、大振幅的震動。待跳水者跳入水中后，跳板震動的頻率會比剛才快的多，因為跳水者離開后，跳板的總質(zhì)量已經(jīng)大幅下降。要測量更小的跳水者，就需要更迷你的跳板。因為，如果使用一個大懸臂來測量一個微小的納米粒子，就如同在泳池里的三米板上放一個蒼蠅。蒼蠅在與不在的變化，幾乎難以察覺。

　　為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，研究人員縮小了整個設(shè)備的尺寸，新版“體重秤”的懸臂長22.5微米，粒子運行通道寬1微米、深400納米。為了達(dá)到更高的靈敏度，研究人員還將懸臂的震動源從靜電改成了壓電，從而產(chǎn)生了更大的振幅。經(jīng)過小型化改造后，整個系統(tǒng)的精度zui終被提高到了0.85阿克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了上代設(shè)備。有了這個系統(tǒng)，研究人員能夠在大約90分鐘的時間內(nèi)對3000 個粒子進(jìn)行稱重。

　　勞康說，新設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)能對病毒、細(xì)胞外囊泡以及絕大多數(shù)的用于制藥的納米粒子進(jìn)行稱重。此外，該裝置還可以被用來評估納米粒子產(chǎn)量，確定的納米結(jié)構(gòu)，跟蹤腫瘤細(xì)胞的物理變化，為相關(guān)實驗提供了一種新型研究工具。