懸浮微通道諧振器

懸浮微通道諧振器(SMR)是麻省理工學院生物和機械工程學院教授斯科特·瑪娜麗絲在2007年開發出的一種裝置。該設備能夠測得單個活細胞的精確質量。研究人員使用它跟蹤細胞的生長,測量細胞的密度、硬度等物理性能。

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概述

據物理學家組織網2014年2月報導,美國麻省理工學院的研究人員開發出一種技術,能夠對單個納米粒子的質量進行高精度測量,解析度比上一代設備提高了30倍,精度可達0.85阿克(即attograms,1阿克等於10的負十八次方克)。該技術可對包括合成納米粒子、DNA、蛋白質等物質進行稱重,為相關實驗提供了一種新的研究工具,同時也有望幫助科學家開發出更輕便、精確的醫療診斷設備。
整套系統以麻省理工學院生物和機械工程學院教授斯科特·瑪娜麗絲的技術為基礎研製而成。瑪娜麗絲曾在2007年開發出了一種名為懸浮微通道諧振器(SMR)的裝置,該設備能夠測得單個活細胞的精確質量。

原理

懸浮微通道諧振器由一個微型流體通道構成的矽制懸臂,和蝕刻在其中的真空振動腔組成。當細胞從流體通道內經過,其質量會改變懸臂的振動頻率。而通過對懸臂振動頻率變化的計算就可獲得細胞確切質量。
為獲得更高的精度,研究人員對這一裝置進行了改造。瑪娜麗絲實驗室的博士後塞利姆·勞康將裝置的懸臂形容為“跳板”,待測粒子則被看作是“跳水者”。當跳水者(被測物)達到跳板(懸臂)的頂端時,諧振器開始運作,產生低頻率、大振幅的震動。待跳水者跳入水中後,跳板震動的頻率會比剛才快的多,因為跳水者離開後,跳板的總質量已經大幅下降。要測量更小的跳水者,就需要更迷你的跳板。因為,如果使用一個大懸臂來測量一個微小的納米粒子,就如同在泳池裡的三米板上放一個蒼蠅。蒼蠅在與不在的變化,幾乎難以察覺。

設備改造

為了實現上述目標,研究人員縮小了整個設備的尺寸,新版“體重秤”的懸臂長22.5微米,粒子運行通道寬1微米、深400納米。為了達到更高的靈敏度,研究人員還將懸臂的震動源從靜電改成了壓電,從而產生了更大的振幅。經過小型化改造後,整個系統的精度最終被提高到了0.85阿克,遠遠超過了上代設備。有了這個系統,研究人員能夠在大約90分鐘的時間內對3000個粒子進行稱重。

套用

新設備現在已經能對病毒、細胞外囊泡以及絕大多數的用於製藥的納米粒子進行稱重。此外,該裝置還可以被用來評估納米粒子產量,確定精確的納米結構,跟蹤腫瘤細胞的物理變化,為相關實驗提供了一種新型研究工具。

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