美開發新技術可將微觀物體稱重精度提高到阿克

美國麻省理工學院的研究人員開發出一種技術，能夠對單個納米粒子的質量進行高精度測量，分辨率比上一代設備提高了30倍，精度可達0.85阿克(即attograms，1阿克等于10的負十八次方克)。該技術可對包括合成納米粒子、DNA、蛋白質等物質進行稱重，為相關實驗提供了一種新的研究工具，同時也有望幫助科學家開發出更輕便、的醫療診斷設備。相關論文發表在《美國國家科學院院刊》上。

　　整套系統以麻省理工學院生物和機械工程學院教授斯科特·瑪娜麗絲的技術為基礎研制而成。瑪娜麗絲曾在2007年開發出了一種名為懸浮微通道諧振器(SMR)的裝置，該設備能夠測得單個活細胞的質量。從那時起，研究人員就開始使用它跟蹤細胞的生長，測量細胞的密度、硬度等物理性能。該設備由一個微型流體通道構成的硅制懸臂，和蝕刻在其中的真空振動腔組成。當細胞從流體通道內經過，其質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胞確切質量。

　　新研究中，為獲得更高的精度，研究人員對這一裝置進行了改造。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”。當跳水者(被測物)達到跳板(懸臂)的頂端時，諧振器開始運作，產生低頻率、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，跳板的總質量已經大幅下降。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。

　　為了實現上述目標，研究人員縮小了整個設備的尺寸，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，從而產生了更大的振幅。經過小型化改造后，整個系統的精度zui終被提高到了0.85阿克，遠遠超過了上代設備。有了這個系統，研究人員能夠在大約90分鐘的時間內對3000 個粒子進行稱重。

　　勞康說，新設備現在已經能對病毒、細胞外囊泡以及絕大多數的用于制藥的納米粒子進行稱重。此外，該裝置還可以被用來評估納米粒子產量，確定的納米結構，跟蹤腫瘤細胞的物理變化，為相關實驗提供了一種新型研究工具。