Kicsinyítve: Új Nano Eszköz Képes Egyetlen Molekula Lemérésére

2023 Szerző: Peter Bradberry | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 22:34

Egy apró, mindössze 10 milliomod méter hosszú fénysugár képes valós időben megmérni egy molekula vagy nanorészecske tömegét.

A diétázók és a testmozgás kedvelői jobban érezhetik fejlődésüket, ha daltonokban követik nyomon a fogyásukat. Még egy rövid kocogás is segíthet néhány septillion dalton leadásában, a biokémia során gyakran használt tömegegységben, amely egyenértékű az atomi tömegegységgel. (Természetesen egyetlen súlytudatos egyén sem akarja megtudni teljes súlyát ebben az egységben - az átlagos amerikai hím körülbelül 5x10²⁸ daltonok.).

Még a megadalton, vagy egymillió dalton is egy apró mértékegység - egy arany részecske, amelynek átmérője öt nanométer, alig néhány megadalton. (Az egyik nanométer a milliomodméter.) De a kaliforniai technológiai intézet és a CEA – Leti, a kormány által finanszírozott kutatószervezet a grenoble-i (Franciaország) kutatói felépítettek egy mérleget, amely az egyes tárgyakat még egy megadaltonnál is könnyebb, többek között nanorészecskék és emberi antitest molekulák. Az eszköz a maga nemében az első, amely valós időben meghatározza az egyes molekulák és nanorészecskék tömegét - számoltak be a kutatók egy, a Nature Nanotechnology című, augusztus 26-án online publikált tanulmányban. (A Scientific American a Nature Publishing Group része.).

A készülék szíve egy nanoelektromechanikus rezonátor - egy apró szilíciumnyaláb, amely egyszerre két hangon rezeg. "Olyan ez, mintha egy gitárhúr rezgésén alapulna és egy harmonikus" - mondja Michael Roukes, a tanulmány társszerzője, a caltech fizikusa. "Folyamatosan elektrosztatikus gerjesztéssel pörgetjük." A gerenda átlósan halad át a fényképen (fent); 10 mikron hosszú és 300 nanométer széles. (A mikron a méter egymilliomod része.).

A sugár végeit a készülék többi részével összekötő apró karok a rezonátor rezgéseit elektromos jellé alakítják a piezorezisztív hatás néven ismert jelenségen keresztül. "Az ottani legkisebb darabok kissé meghajlanak, és amikor meghajlanak, az ellenállás megváltozik" - mondja Roukes. "És így kiolvashatjuk az indítványt, mint az ellenállás változását." A nyalábra leszálló egyetlen molekula lefelé tolja a két hang frekvenciáját, és a kísérő ellenállásbeli változásból a kutatók mind a részecske tömegét, mind a sugár mentén levezethető következtetéseket levonhatják.

Az eszköz egyes molekulák iránti érzékenysége lehetővé tette a kutatók számára, hogy tömegspektroszkópiával azonosítsák a keverékben lévő különféle részecskéket az öt és 10 nanométer átmérőjű arany nanorészecskék, valamint az im-munoglobulin M ellenanyag molekula tömegével. egy megadalton alatt. (A természetes molekulák sokkal következetesebbnek bizonyultak felépítésükben, mint az ember által készített nanorészecskék, amelyek tömege részecskékről részecskékre körülbelül ötször ingadozott.)

Roukes megjegyzi, hogy a korábbi rezonátorok képesek voltak a molekulatömeg mérésére, de csak azután, hogy több száz azonos molekula rakódott le a nyalábra. "Valójában nem tudhatnánk molekulánként, hogy mi a tömegük" - mondja. Az új, érzékenyebb verziónak lehetővé kell tennie a kutatók számára, hogy tömegspektroszkópiát végezzenek a vegyes mintában lévő különféle részecskék azonosítására. Például a kutatók elemezhetnek egy biológiai mintát, hogy megkeressék az ismert tömegű árulkodó biomarkert. "Ha egyesével meg tudjuk csinálni, akkor most elkezdhetjük különféle dolgok önkényesen összetett keverékeit vizsgálni" - mondja.