美國(guó)加州理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究小組完成了首個(gè)可以測(cè)量單個(gè)分子質(zhì)量的機(jī)械裝置。研究人員稱(chēng)，這種新技術(shù)將能最終用于診斷疾病，幫助生物學(xué)家探索病毒與細(xì)胞的分子機(jī)制，甚至可以用于更好地檢測(cè)納米粒子和空氣污染。

該研究團(tuán)隊(duì)包括在加州理工學(xué)院的Kavli納米科學(xué)研究所，以及法國(guó)CEA研究所等處的研究人員，這項(xiàng)技術(shù)，包括CEA-LETI納米器件設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容，公布在8月26日的 Nature Nanotechnology 雜志在線版本上。

這一設(shè)備大小僅一米的百萬(wàn)分之二那么大，是由一個(gè)小型的，振動(dòng)的橋狀結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)一個(gè)粒子或分子經(jīng)過(guò)這座“橋梁”，其質(zhì)量變化引起的振蕩頻率就能揭示了粒子的重量多少。

“每個(gè)粒子經(jīng)過(guò)時(shí)，我們就能測(cè)量它的質(zhì)量”，Michael Roukes教授說(shuō)，“之前沒(méi)有人實(shí)現(xiàn)過(guò)這個(gè)?！?/SPAN>

這一新儀器是基于過(guò)去12年中，Roukes和他的同事研發(fā)的一種新技術(shù)，在2009年發(fā)表的一篇文章中，他們發(fā)現(xiàn)，一種橋狀裝置，稱(chēng)為納機(jī)電系統(tǒng)（nanoelectromechanical system ，NEMS）的諧振器，可以測(cè)量散布在設(shè)備里的單個(gè)粒子。然而，麻煩的是所測(cè)得的頻率轉(zhuǎn)變不僅取決于粒子的實(shí)際質(zhì)量，而且也與顆粒降落在哪里有關(guān)。不知道粒子的著陸點(diǎn)，研究人員不得不分析檢測(cè)500個(gè)相同微粒，以確定其質(zhì)量。

但利用這一最新的改進(jìn)技術(shù)，科學(xué)家們只需對(duì)一個(gè)微粒進(jìn)行測(cè)量。 “在這項(xiàng)工作中我們?nèi)〉玫年P(guān)鍵進(jìn)步是，這一設(shè)備能讓我們對(duì)進(jìn)入的一個(gè)接一個(gè)的分子稱(chēng)重，”Roukes說(shuō)。

為了能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，研究人員分析了粒子如何將橋的振動(dòng)頻率轉(zhuǎn)向的方式，所有的擺動(dòng)是由振動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)的。研究組發(fā)現(xiàn)通過(guò)分析頻率變化的兩種模式，能確定粒子的質(zhì)量和位置，文章的第一作者Mehmet Selim Hanay博士解釋道，“每一次測(cè)量中我們可以判斷粒子的質(zhì)量，這是之前不可能實(shí)現(xiàn)的?！?/SPAN>

傳統(tǒng)檢測(cè)分子質(zhì)量的方法，是利用質(zhì)譜測(cè)定方法，這種方法將數(shù)百萬(wàn)分子電離，使其獲得一個(gè)電荷，然后通過(guò)電磁場(chǎng)交互作用，這樣分析它們之間的相互作用，科學(xué)家們可以推斷出分子的質(zhì)量。

這種方法的問(wèn)題在于，對(duì)于大質(zhì)量的粒子，如蛋白質(zhì)或病毒，這種方法不管用，因?yàn)樗鼈兏y獲得一個(gè)電荷。因此它們電磁作用太弱，儀器無(wú)法精確的測(cè)量。

而這一新設(shè)備，相反卻能很好的檢測(cè)大顆粒的質(zhì)量。研究人員說(shuō)，事實(shí)上，這一設(shè)備可以與現(xiàn)有商業(yè)儀器整合在一起，擴(kuò)充儀器功能，用于檢測(cè)更廣泛的分子質(zhì)量。

為了證明這一設(shè)備的可行性，研究人員稱(chēng)量免疫球蛋白M（IgM）的質(zhì)量，這是一種由體內(nèi)免疫細(xì)胞生成的抗體。研究人員檢測(cè)了每個(gè)分子的質(zhì)量——這些分子在體內(nèi)具有不同的結(jié)構(gòu)，不同的質(zhì)量，研究人員能夠計(jì)算并確定不同類(lèi)型的IgM抗體的質(zhì)量。

這不僅是首次采用納米機(jī)械裝置稱(chēng)量生物分子，而且也證明了這個(gè)設(shè)備可以用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，未來(lái)還可以用于監(jiān)測(cè)病人的免疫系統(tǒng)，甚至診斷免疫性疾病。