悬浮微通道谐振器

根据物理学家网络2014年2月的一份报告,麻省理工学院的研究人员开发出一种技术,能够以比上一代设备高30倍的分辨率高精度测量单个纳米粒子的质量。高达0.85克(即attograms,1克等于10减去18倍平方克)。该技术可以对包括合成纳米粒子,DNA,蛋白质等在内的材料进行称重,为相关实验提供新的研究工具,并有望帮助科学家开发更轻便,更准确的医疗诊断设备。整个系统是基于麻省理工学院生物与机械工程学院教授Scott Manalis的技术开发的。 2007年,Manalis开发了一种名为Suspension Microchannel Resonator(SMR)的设备,可测量单个活细胞的精确质量。悬浮的微通道谐振器包括由微流体通道和蚀刻在其中的真空振动室组成的硅悬臂。当细胞通过流体通道时,它们的质量改变了悬臂的振动频率。通过计算悬臂的振动频率的变化可以获得单元的精确质量。为了达到更高的精度,研究人员修改了这种装置。 Manalis实验室的邮递员Selim Raukang将该装置的悬臂描述为“跳板”。并且待测试的颗粒被认为是“潜水”。当潜水员(被测物体)到达跳板(悬臂)的顶部时,谐振器开始工作,产生低频,大振幅的振动。在潜水员跳入水中之后,跳板振动的频率将比以前快得多,因为自潜水员离开后跳板的总质量已显着下降。要测量较小的潜水员,您需要一个更小型的跳板。因为如果你使用一个大的悬臂来测量一个微小的纳米粒子,就像把一只苍蝇放在游泳池里的三米板上。苍蝇进出的变化几乎不可能被发现。新设备现在能够称重病毒,细胞外囊泡和药物中使用的大多数纳米粒子。此外,该装置可用于评估纳米粒子产量,确定精确的纳米结构,跟踪肿瘤细胞的物理变化,并为相关实验提供新的研究工具。为了实现上述目标,研究人员缩小了整个设备的尺寸。新的“体重秤”悬臂长度为22.5微米,颗粒运行通道宽1微米,深400纳米。为了获得更高的灵敏度,研究人员还将悬臂的振动源从静态变为压电,从而产生更大的振幅。小型化后,整个系统的精度最终提高到0.85克,远远超过上一代设备。通过该系统,研究人员能够在大约90分钟内称重3,000个颗粒。