Как крохотные весы для ванной комнаты, крошечная вибрационная штуковина может взвесить отдельные молекулы, бригаду отчетов физиков. Новое устройство могло открыть новые сферы массовой спектроскопии, науку об измерении масс молекул, чтобы помочь идентифицировать их. Однако мнения варьируются на окончательной полезности метода.«Насколько применимый это будет к обобщенной массовой спектроскопии, время покажет», говорит Джон Кэзиэнович, биофизик в Национальном институте стандартов и технологий в Гейтерсбурге, Мэриленд, кто не был связан с новым исследованием. «Но я думаю, что это – важный шаг вперед».
Традиционная массовая спектроскопия использует магнитное поле для изгиба пути электрически заряженных молекул. То, насколько их путь согнут, показывает их массу. Но этот метод не идеален для гигантских биомолекул, взвешивающих примерно миллион раз так же как протон. Эти значительные молекулы перемещаются так медленно, например, что они не вызывают стандартные детекторы частиц, сидящие с другой стороны магнитного поля.
Таким образом, ученые исследуют альтернативы. Больше десятилетия Майкл Рукес и его бригада в Калифорнийском технологическом институте (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене экспериментировали с крошечными вибрационными лучами, которые они вырезают из материалов, таких как кремний. Взвешивая приблизительно одну триллионную грамма, такой луч обычно охватывает промежуток, как мост, приостановленный по долине, и может быть сделан вибрировать поперек в миллионах циклов в секунду.
В принципе такое устройство может измерить массу молекулы: Когда молекула придерживается такого луча (посредством процесса, названного physisorption), добавленная масса заставляет луч вибрировать в более низкой частоте. Таким образом для измерения массы молекулы исследователи должны только измерить то изменение частоты.
Существует помеха, как бы то ни было. Изменение частоты также зависит от того, где на луче земли молекулы, так, чтобы более легкая молекула, приземляющаяся посреди луча, могла произвести то же изменение частоты как более тяжелая молекула, приземляющаяся ближе к одному концу.Теперь, Roukes, его postdoc Мехмет Селим Хэней и коллеги в Калифорнийском технологическом институте и французской Комиссии по атомной энергии в Гренобле нашли путь вокруг той двусмысленности. Ключ должен встряхнуть мост одновременно в двух различных частотах, исследователи сообщают в этом месяце по своей природе о Нанотехнологиях.
Как вереница гитары, мост может вибрировать в отличных образцах движения или способах, каждый из которых имеет свою собственную отличную частоту. В самом низком способе частоты целый луч наклоняет сторону для запасного пути. (См. число, верхнюю правильную вставку.) В следующем способе более высокой частоты две половины моста кланяются противоположным направлениям при входе, в то время как пункт в центре остается постоянным. (См. число, более низкую левую вставку.) Фактически, луч может вибрировать в обоих из этих способов сразу. Когда молекула будет придерживаться моста, она понизит частоту обоих способов различными суммами.
От тех двух изменений частоты ученые могут вывести и положение молекулы на луче и его массу.Для доказательства его они измерили массы золотых наночастиц, когда они заперлись на вибрационный кремниевый луч. На второй демонстрации доказательства принципа они измерили массы молекул иммуноглобулина человека антитела M приземляющийся на подобном мосту 10 микрометров длиной, 300 миллимикронов шириной, и 160 миллимикронов толщиной.
Молекулы обычно глыба вместе для формирования комплексов мультиединицы и исследователей решили число единиц в каждом комплексе.Нет большого количества других методов, которые могут измерить отдельные молекулы, говорит Касианович.
Например, он и коллеги развили метод, в котором отдельные молекулы застревают в порах размера миллимикрона. Но по сравнению с его собственным методом, вибрационный луч может иметь больше заявлений, он говорит, особенно если много лучей могут быть помещены на однокристальную схему. «Это имеет возможность быть бритвой Gillette массовой спектроскопии», говорит он. «Вы используете чип три или четыре раза и затем выбрасываете его».Рукес думает, что метод вибрационного луча может даже идти в ногу с традиционной масс-спектрометрией, после века работы ставшей высоким искусством.
Например, он предполагает использование множества датчиков для идентификации каждого протеина в человеческой сыворотке крови, так называемом плазменном протеоме.То предложение поднимает некоторые брови. «Мы делаем много плазменного протеома работает, и тот [идея] действительно протягивает его», говорит Джон Маклин, аналитический химик в Университете Вандербилт в Нэшвилле.
Метод Рукеса измеряет только массу и химически не идентифицирует молекулы, Маклин говорит, таким образом, это может не быть полезно в разбирании в путанице в плазменном протеоме.Однако, Маклин говорит, новый метод кажется идеальным для изучения молекул с массой между 1 миллионом и 10 миллионами раз тот из протона, диапазон, слишком тяжелый для традиционной массовой спектроскопии и слишком легкий для других методов, таких как электронная микроскопия: «Я думаю, что существует действительно хорошая ниша для него в этой нейтральной зоне массы».