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*納米級單分子質(zhì)量實(shí)時(shí)測定系統(tǒng)問世
閱讀：465 發(fā)布時(shí)間：2013-7-18*納米級單分子質(zhì)量實(shí)時(shí)測定系統(tǒng)問世
美國加州理工學(xué)院近日開發(fā)出僅有百萬分之一米大小的納米電子機(jī)械系統(tǒng)（NEMS）諧振器,，可實(shí)時(shí)測定單個(gè)分子的質(zhì)量,。該成果刊登在zui近一期的《自然—納米技術(shù)》雜志上。
過去,，科學(xué)家一直依靠現(xiàn)有質(zhì)譜分析技術(shù)測量分子的質(zhì)量,，程序十分繁瑣。首先要將被測樣品中成千上萬的分子離子化,，使其呈帶電狀態(tài),，然后將這些離子引入電場，根據(jù)它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定其質(zhì)荷比,，進(jìn)而確定它們的質(zhì)量,。
加州理工學(xué)院的物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)和生物工程學(xué)教授兼該校納米科學(xué)研究所主任邁克爾•L•若克斯及其同事經(jīng)過十多年努力,，開發(fā)出一種微型NEMS諧振器,，有效簡化了分子質(zhì)量測量的程序，并使測量器械微型化,。這種2微米長,、100納米寬的橋狀諧振器，具有很高的振動(dòng)頻率,，可有效充當(dāng)質(zhì)譜儀的“度量標(biāo)尺”,。
研究論文的*作者、物理學(xué)家阿斯科沙伊•奈克指出,，諧振器的振動(dòng)頻率與其所測量目標(biāo)的質(zhì)量成正比,，振動(dòng)頻率的變化會(huì)與被測物的質(zhì)量變化契合。將一個(gè)蛋白放到諧振器上后,，諧振器的振動(dòng)頻率就會(huì)下降,，而通過這種頻率轉(zhuǎn)換即可測定蛋白的質(zhì)量。
研究人員使用該儀器測試了牛血清白蛋白（BSA）的蛋白質(zhì)量,，其結(jié)果為66千道爾頓（道爾頓是表示原子或分子質(zhì)量的單位,，1道爾頓大約與一個(gè)氫原子的質(zhì)量相當(dāng)）,。他們首先使用電噴霧離子化（ESI）系統(tǒng)使BSA蛋白離子處于蒸汽態(tài)，然后將其噴射到振動(dòng)頻率為450兆赫茲的NEMS諧振器上,，使諧振器的振動(dòng)頻率降低了1.2千赫茲,。相比之下，淀粉酶的蛋白分子所引起的頻率轉(zhuǎn)換大約為3.6千赫茲,，其蛋白質(zhì)量約為200千道爾頓,，是BSA蛋白質(zhì)量的3倍。
奈克指出,，諧振器振動(dòng)頻率的變化還會(huì)受到被測分子在諧振器上所處位置的影響,，在中心位置引起的頻率變動(dòng)幅度大于邊緣位置引起的變動(dòng)幅度。因此,，不能僅依靠一次測量就確定分子質(zhì)量的大小,，大約需要500次的頻率轉(zhuǎn)換才會(huì)得到更的結(jié)果。將來,，研究人員會(huì)設(shè)法使質(zhì)量測量免除分子位置點(diǎn)的干擾,。目前這套技術(shù)設(shè)備已有了原型。原則上,，這種系統(tǒng)的測量精度可達(dá)1道爾頓,，相當(dāng)于一個(gè)氫原子的質(zhì)量。但這是下一代裝置才能達(dá)到的目標(biāo),，它不僅要更精細(xì)小巧，還要具有更好的噪聲性能,。而研究小組則希望能創(chuàng)建或許含有成千上萬個(gè)NEMS諧振器的陣列,，通過并行工作，以“在一瞬間”確定成千上萬個(gè)分子的質(zhì)量,。
若克斯教授指出,，隨著生命科學(xué)研究的深入，越來越需要進(jìn)行大量的蛋白質(zhì)組學(xué)分析,，下一代用于相關(guān)研究的儀器,，尤其是用于系統(tǒng)生物學(xué)研究的儀器，一定要能完成這樣的任務(wù),。而半導(dǎo)體微電子加工工藝的發(fā)展,，使這種儀器的研制成為可能。
此項(xiàng)研究工作得到了美國國立衛(wèi)生研究院,、美國國防部研究計(jì)劃局以及美國空間和海上作戰(zhàn)司令部的支持,。
*納米級單分子質(zhì)量實(shí)時(shí)測定系統(tǒng)問世