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    科學家發明一種可以測量單個分子重量的微型震動秤

    科學家們近日研究出一種可以測量單個分子質量的微型“秤”對此相關科學家描述稱,“就像是微型浴室秤一樣,一個小的震動裝置可以測量單個分子的重量”。該新裝置可以為質譜的應用開拓新的領域,通過科學的測量分子質量來區分它們。然而,關于這個裝置的最終用途眾說紛紜?!皶r間會讓我們知道該裝置對推廣質譜儀來說是多么的適用?!?John Kasianowicz(馬里蘭州蓋瑟斯堡國家標準和技術委員會的生物物理學家)說,他雖沒有參加這個新項目的研究,但他認為這是一個重大進步。

    傳統的質譜利用磁場使帶電粒子的飛行軌跡彎曲,由軌道的彎曲程度可以反映出它們質量的大小。但是這對比質子重百萬倍之多的生物大分子并不適用。這些大分子飛行太慢以至于不能引發另一側磁場的常規離子檢測器響應。

    因此,科學家們正在探索傳統質譜儀的替代品。在超過十年的時間里,Michael Roukes 和他的團隊在加利福尼亞州帕薩迪納的加州理工學院(加州理工學院)一直做微小震動梁試驗,這些震動梁是從一些原料(例如硅)中分離出來的。這種震動梁可測重約萬分之一數量級的分子質量,它通常橫跨一個縫隙---就像架在山谷中的橋一樣,每秒可以來回震動數百萬次。原則上說,這個裝置可以測量單個分子的質量:當分子附著于震動梁上時(通過物理吸附的過程),由于質量的增加引起震動梁以較低的頻率震動。因此,測量分子的質量,研究者只需要測量頻移。

    然而到這里要停頓一下。頻移也取決于分子落在震動梁上的位置,較輕的分子落在梁中間與較重的分子落在靠近梁的一端所產生的頻移差不多。對此, Roukes,博士后Mehmet Selim Hanay和他們在格勒諾布爾的加州理工學院和法國原子能委員會的同事們已經找出了解決辦法,并在本月的自然-納米技術雜志上發表,解決這個問題的關鍵就是同時以兩種不同頻率震動該梁。像吉他的弦一樣,一個梁能以截然不同的形式震動,每種震動都有它各自的頻率。在最低頻率下,整個震動梁從一側彎到另一側(參見圖中,右上的插圖)。在與它相鄰的較高頻率下,橋的兩端朝相反的方向彎曲而中心點保持不動。(參見圖中,右下的插圖)事實上,振動梁能夠同時以這兩種形式震動。當單個分子附著于梁上時,橋會以這兩種形式在不同程度上降低它的頻率。從這兩種頻移中,科學家既能推斷出分子在梁上的位置還能推算出分子的質量。

    為了證明這一點,他們測量了金的納米粒子附著于硅梁上振動時的質量。在證明第二個原理的試驗中,他們測量了人類免疫球蛋白抗體M落在一個長10微米,寬300納米,厚160納米的同類梁上的質量。這些分子通常聚集在一起形成多元復合物,研究人員已經解析出了每個復合物中單體的數目。Kasianowicz說,沒有更多的技術可以測量單個分子。例如,他和他的同事已經研究出一種方法,令單個分子進入到納米孔中來測量。不過,他說,與他自己的方法相比,振動梁可能會有更多的應用,尤其是把許多梁放在一個芯片上?!斑@可能會使質譜像吉利剃須刀一樣的普及”他說,“你可以用了一個芯片三四次后把它扔到。

    Roukes認為振動梁裝置能完全的適應傳統質譜,經過一個世紀的工作,傳統質譜已成為了一項高級技術。例如,他設想用傳感器陣列去鑒定人體血清中的每一個蛋白質,即所謂的血漿蛋白質組。這一提議引起了一些人的不滿?!拔覀冏隽嗽S多蛋白質組的工作,而那個想法是在曲解它”納什維爾-范德比爾特大學的分析化學家John McLean說,所以該振動梁不可能幫助分離出血漿蛋白質組中的雜質。不過,McLean說,這項新技術似乎非常適合研究分子量在1萬至10萬之間的粒子質量,-----一個對質譜來說分子量太大而對其他設備(如電子顯微鏡)來說又太小的范圍:“我認為在質量分析的真空地帶,這項新技術終會迎來春天?!保踲ia sciencemag ?

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