可測量單分子質量納米秤問世

2020-11-26 科學網

 

一個納米量級的振動梁能夠測量單個分子的質量。

 

圖片來源：Scott Kelber、Michael Roukes、Mehmet Selim Hanay

 

就像浴室裡的一臺小磅秤一樣，一個物理研究小組如今報告說，他們的一個搖擺的小發明已經能夠測量單個分子的質量。新的裝置為質譜學敞開了一扇新的大門——這是一種通過測量分子質量從而確定它們是什麼的科學。然而，對於這項技術的最終效用依然是眾說紛紜。

 

並未參與此項研究的美國馬裡蘭州蓋瑟斯堡國家標準與技術研究所的生物物理學家John Kasianowicz表示：「如何將其運用到廣義質譜學中去，時間會告訴我們一切。但我認為這是一項巨大的進步。」

 

傳統質譜學利用一個磁場來彎曲帶電分子的路徑。它們的路徑彎曲的程度揭示了它們的質量。但這項技術對於巨大的生物分子——其質量大約是一個質子的100萬倍——並不理想。例如，這些巨大的分子移動得異常緩慢，因此並不會觸發位於磁場另一端的傳統粒子探測器。因此科學家一直在探索其他的替代方法。10多年來，帕薩迪納市加利福尼亞理工學院（Caltech）的Michael Roukes及其研究小組嘗試了能夠切割出物質——例如矽——的微小振動梁。測量約一萬億分之一克的重量，可使振動梁在每秒周期內產生數以百萬計的從一側到另一側的振動。

 

原則上，這樣一種裝置能夠測量一個分子的質量。當一個分子黏附在這樣一個振動梁上時（這一過程被稱為物理吸附），其額外的質量促使振動梁以一種低頻產生振動。因此如果想要測量分子的質量，研究人員只須測量頻移便可。

 

然而這裡也有一個問題。這種頻移同時還取決於分子在振動梁上落腳的位置，因為一個較輕的分子停留在振動梁中間所產生的頻移，同一個較重的分子落在振動梁一端所產生的頻移是相同的。

 

如今，Roukes與他的博士後Mehmet Selim Hanay，及其在Caltech和法國原子能委員會的同事終於找到了一種解決辦法。關鍵就在於同時以兩個不同的頻率搖晃振動梁。研究人員在8月份出版的《自然—納米技術》上報告了這一研究成果。（來源：中國科學報 趙熙熙）

 

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