據物理學家組織網8月27日(北京時間)報道，美國加州理工學院科學家領導的科研團隊，研制成功首個能測量單個生物分子質量的納米機械裝置。研究人員稱，這項新技術可在未來幫助醫生診斷疾病，支持生物學家探查細胞的分子機制等。相關研究報告發表在同日出版的《自然·納米技術》雜志網絡版上。
這款裝置僅有幾微米大，由與橋梁相似的振動結構組成。當一個粒子或分子降落在橋面時，它的質量會改變振蕩頻率，從而可顯示出其質量。
新儀器基于能測量單個粒子質量的納米機電系統(NEMS)共振器，但此前的設備并不能確定粒子的著陸點，因此科研人員需要測量大約500個相同粒子才能最終確認單個粒子的質量。使用利用改進后的新儀器，科學家只需測量一個粒子。“這一關鍵性進展允許我們可以對單個分子進行稱重。”該校應用物理和生物工程系教授邁克爾·若科斯說。
研究團隊首先分析了粒子如何能改變橋梁的振動頻率。所有的振蕩運動都由所謂的振動模式組成。如果橋梁僅以第一種模式振蕩，其將從一邊振動至另一邊，而中間的部分振動最為明顯。第二種振動模式處于較高的頻率，這意味著橋梁的一半會沿一個方向移動，另一半則會沿相反方向運動，形成S形的振蕩波，貫穿整個橋梁。同時，其還具有第三模式和第四模式等。無論橋梁何時振蕩，它的運動都可被看作是這些振動模式的組合。研究人員發現，通過觀察當粒子降落時第一、二種模式如何改變振動頻率，就能確定粒子的質量和位置。
現有質譜儀對于蛋白質或病毒等大質量分子無法有效且精確地進行測重，而新裝置針對大分子也能良好工作，還能擴展現有設備功能，開發新一代質譜儀，測量更多種物質的質量。此外，新裝置采用標準半導體制造技術，便于大量生產，成本也較為低廉。未來，新設備能被用于監測病患的免疫系統或是診斷免疫性疾病，同時還有望幫助生物學家了解細胞的分子機制。如通過對細胞內的每個蛋白質進行多次稱重，科學家能夠更清晰地知曉蛋白質在特定時刻的動態細節。