Nedskalert: Ny Nano-enhet kan veie enkeltmolekyler


Dieters og treningsbuffere kan føle seg bedre om deres fremgang hvis de spore sitt vekttap i daltons. Selv en kort jogge kan hjelpe deg med å kaste noen septillion daltons, en massemasse som ofte brukes i biokjemi som tilsvarer atommassenheten. (Selvfølgelig vil ingen vektbevisst person ønske å vite full vekt i denne enheten - den gjennomsnittlige amerikanske mannlige veier omtrent 5 x 10 28 dalton.) Se

Dieters og treningsbuffere kan føle seg bedre om deres fremgang hvis de spore sitt vekttap i daltons. Selv en kort jogge kan hjelpe deg med å kaste noen septillion daltons, en massemasse som ofte brukes i biokjemi som tilsvarer atommassenheten. (Selvfølgelig vil ingen vektbevisst person ønske å vite full vekt i denne enheten - den gjennomsnittlige amerikanske mannlige veier omtrent 5 x 10 28 dalton.)

Selv megadalton, eller en million dalton, er en liten måleenhet - en gullpartikkel fem nanometer overveier inn på bare noen få megadaltoner. (En nanometer er en milliarddel av en meter.) Men forskere ved California Institute of Technology og CEA-Leti, en regjeringsfinansiert forskningsorganisasjon i Grenoble, Frankrike, har bygget en skala som veier enkeltobjekter enda lettere enn megadalton, inkludert nanopartikler og humane antistoffmolekyler. Enheten er den første i sitt slag for å bestemme massene av individuelle molekyler og nanopartikler i sanntid, rapporterte forskerne i en studie publisert på nettet 26. august i Natur Nanoteknologi . (er en del av Nature Publishing Group.)

Hjertet av enheten er en nanoelectromechanical resonator - en liten stråle av silisium vibrerende i to toner samtidig. "Det er som å vibrere en gitarstreng på det grunnleggende og en harmonisk", forteller studieforfatteren Michael Roukes, en kaltechfysiker. "Vi fortsetter kontinuerlig med en elektrostatisk eksitasjon." Strålen løper diagonalt over bildet (over); det måler 10 mikron lang og 300 nanometer bredt. (En mikron er en millionste meter.)

Små armer som forbinder enden av strålen til resten av enheten, konverterer resonatorens vibrasjoner til et elektrisk signal via et fenomen kjent som den piezoresistive effekten. "De minste brikkene er bøyde litt, og når de er bøyde, endres motstanden, " sier Roukes. "Og så kan vi lese ut bevegelsen som en endring i motstand." Et enkelt molekyl som lander på strålen, skifter frekvensen av de to tonene nedover, og fra den medfølgende endringen i motstanden kan forskerne avlede både massen av partikkelen og hvor den landet langs bjelken.

Enhetens følsomhet overfor enkeltmolekyler tillot forskerne å utføre massespektroskopi - identifisere de forskjellige partiklene i en blanding ved deres masses-on samlinger av gullnanopartikler, fem og 10 nanometer i diameter, samt på antistoffmolekylet immunoglobulin M, som veier bare under en megadalton. (De naturlige molekylene viste seg mye mer konsistente i sin konstruksjon enn de menneskeskapte nanopartikler, hvis masser svingte med en faktor på fem eller så fra partikkel til partikkel.)

Roukes bemerker at tidligere resonatorer var i stand til å måle molekylmassene, men først etter at hundrevis av identiske molekyler hadde blitt avsatt på strålen. "Vi kunne egentlig ikke vite molekylen av molekylet hva deres masse var, " sier han. Den nye, mer sensitive versjonen skal tillate forskere å utføre massespektroskopi for å identifisere de forskjellige partiklene i en blandet prøve. For eksempel kunne forskere analysere en biologisk prøve for å se etter en telltale biomarkør med en kjent masse. "Hvis vi kan gjøre det en etter en, kan vi nå se på vilkårlige komplekse blandinger av forskjellige ting, " sier han.