世界最靈敏秤研制成功 可稱量氙原子束重量 (2005-04-07)
發(fā)布時間:2007-12-04
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美國加州理工學(xué)院制成世界上最靈敏的秤,可稱量相當(dāng)于10萬億億分之一克的氙原子束重量。其基本單位為1仄克(漢語發(fā)音為Ze,即10的負21次方)克,大致相當(dāng)于單個蛋白質(zhì)分子的質(zhì)量。這種最靈敏的秤創(chuàng)造了測量最小重量的世界紀(jì)錄。
制成這種極靈敏秤的關(guān)鍵是一個在磁場中振動的小葉片,其上依附的導(dǎo)線產(chǎn)生電壓。當(dāng)原子或分子被置于葉片表面時,它們會將其壓彎,降低了振動頻率,從而改變電壓。這一技術(shù)有可能用于制造根據(jù)重量來鑒別單一分子的器件,而這種極為靈敏的探測器在醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)測中將十分有用。
2000年,加州理工學(xué)院的洛克斯與同事曾采用 10000納米長、260納米厚的硅葉片,稱量出質(zhì)量為1微微微克的金原子束。加州理工學(xué)院的科學(xué)家小組現(xiàn)在改進了這一裝置,使這種秤的靈敏度提高了1000倍。他們改用碳化硅而不是硅來制造振動葉片,使其更堅硬也更小,整片葉片僅1000納米長,并增加了其振動頻率,從33兆赫增至190兆赫,從而可探測被擱置在葉片上的待測物體的更小質(zhì)量。洛克斯同時也改進了測量電壓的放大器和轉(zhuǎn)換器的精度。
曾是洛克斯的學(xué)生、現(xiàn)在波士頓大學(xué)就職的艾肯希評價說:“我認(rèn)為這是制造精密秤中邁出的一大步。這也是第一次,人類能夠考慮擁有稱量單一分子的裝置?!钡且肜迷撗b置根據(jù)重量來鑒別蛋白質(zhì),精密秤必須再靈敏1000倍,即能秤出1幺克(10的負24次方)克,這相當(dāng)于單個氫原子的質(zhì)量。
艾肯希說:“如果能達到這一步,利用在一滴血中發(fā)現(xiàn)的單一標(biāo)記分子,或分析單個細胞內(nèi)部運作方式和信號圖形,就能使用精密秤來診斷早期階段疾病?!爆F(xiàn)有的“蛋白質(zhì)芯片”和質(zhì)譜儀診斷疾病還不夠靈敏,因為必須對一大群細胞的測量取平均值,往往會得到混亂的信息。