Dari Kisah Ini
[×] TUTUP
VIDEO: 36 Unit Pengukuran yang Tidak Biasa - mental_floss di YouTube (Ep.10)
Mikrograf pengimbasan elektron bagi peranti seberat molekul. Apabila sebuah molekul mendarat di bahagian jambatan seperti di tengah, ia bergetar pada kekerapan yang menunjukkan jisimnya. Imej melalui Caltech / Scott Kelberg dan Michael Roukes
Berapa berat molekul yang berat? Satu molekul, yang merupakan kumpulan tunggal atom terikat-dua hidrogen dan satu oksigen yang membentuk H2O, sebagai contoh-hampir tidak dapat difahami kecil. Satu tahi air, yang kira-kira 0.64 auns, mempunyai 602, 214, 078, 000, 000, 000, 000, 000 molekul. Molekul, ringkasnya, benar-benar, sangat kecil.
Sehingga kini, para saintis hanya boleh mengira jisim kumpulan besar molekul, dengan mengionkannya (memberi mereka cas elektrik) dan kemudian melihat betapa kuatnya mereka berinteraksi dengan medan elektromagnet, teknik yang dikenali sebagai spektrometri massa. Walau bagaimanapun, mereka tidak dapat mengukur jisim molekul tunggal.
Tetapi semalam saintis dari Caltech mengumumkan penciptaan alat yang secara langsung mengukur jisim molekul individu. Seperti yang diterangkan dalam makalah yang diterbitkan dalam jurnal Nature Nanotechnology, alat kecil dibina di sekitar struktur seperti jambatan yang bergetar pada frekuensi tertentu berdasarkan jisim molekul di atasnya. Dengan tepat mengesan kekerapan jambatan jambatan, mereka dapat menentukan jisim sebenar molekul.
"Kemajuan kritikal yang kami buat dalam kerja semasa ini adalah sekarang ini membolehkan kami menimbang molekul-satu demi satu-ketika mereka masuk, " kata Michael Roukes, penyidik utama makmal yang menghasilkan kertas itu. "Tiada sesiapa yang pernah melakukan ini sebelum ini."
Kepada mata telanjang, peranti itu pada dasarnya tidak dapat dilihat - skala di bahagian bawah imej mikroskop di atas adalah dua mikron panjang, atau dua juta meter dalam satu meter. Jambatan bergetar di pusatnya secara teknikal dikenali sebagai resonator sistem nanoelectromekanikal dan telah berkembang selama lebih dari satu dekad.
Dalam karya sebelumnya yang diterbitkan pada tahun 2009, penyelidik menunjukkan bahawa mereka dapat mengukur massa zarah yang disembur ke radas tetapi dengan satu batasan: Ia tidak cukup sensitif untuk mengukur hanya satu molekul pada satu masa. Kerana lokasi tertentu di mana zarah mendarat mempengaruhi frekuensi getaran, dan saintis tidak mempunyai cara untuk mengetahui dengan tepat di mana ini akan, mereka perlu menggunakan beberapa ratus zarah yang sama untuk mencari purata, yang mendedahkan massa.
Pendahuluan menggunakan wawasan baru ke arah frekuensi getaran jambatan berubah apabila molekul disembur ke atasnya. Getaran berlaku dalam dua mod serentak: Mod pertama adalah bersebelahan dengan sisi, manakala mod kedua terjadi dalam bentuk gelombang berbentuk S yang berayun yang bergerak ke atas dan ke bawah jambatan. Dengan menganalisis dengan tepat bagaimana setiap mod ini berubah apabila molekul menjejaskan peranti, para penyelidik mendapati mereka dapat menentukan kedudukannya, dan dengan itu jisimnya tepat.
Dalam kajian ini, para penyelidik menunjukkan keberkesanan alat ini dengan mengukur jisim molekul yang dipanggil immunoglobulin M, atau IgM, antibodi yang dihasilkan oleh sel-sel imun dalam darah dan boleh wujud dalam beberapa bentuk yang berbeza. Dengan menimbang setiap molekul, mereka dapat menentukan jenis IgM yang tepat, yang membayangkan potensi penggunaan perubatan masa depan. Satu jenis kanser yang dikenali sebagai Waldenström macroglobulinemia, misalnya, dicerminkan oleh nisbah tertentu molekul IgM dalam darah pesakit, jadi instrumen masa depan yang membina prinsip ini dapat memantau darah untuk mengesan ketidakseimbangan antibodi yang menunjukkan kanser.
Para saintis juga membayangkan jenis peranti ini sebagai bantuan kepada para penyelidik biologi yang melihat ke dalam jentera molekul di dalam sel. Oleh kerana enzim yang memacu fungsi sel sangat bergantung pada lampiran molekul pada permukaannya, dengan tepat menimbang protein pada pelbagai masa dan dalam pelbagai jenis sel boleh membantu kita memahami proses selular lebih baik.
Pasukan itu juga meramalkan bahawa penemuan mereka boleh mempunyai aplikasi komersil setiap hari. Pemantau alam sekitar yang menjejaki pencemaran nanopartikel di udara, misalnya, boleh diaktifkan dengan tatasusunan jambatan bergetar ini.
Yang penting, saintis mengatakan, peranti itu dibina menggunakan kaedah fabrikasi semikonduktor standard-sama digunakan dalam litar elektrik biasa-sehingga dapat secara teori dipertingkatkan kepada alat-alat yang merangkumi ratusan atau puluhan ribu sensor molekul tunggal yang beroperasi sekaligus. "Dengan penggabungan peranti yang dibuat oleh teknik untuk integrasi berskala besar, kami sedang dalam perjalanan untuk mencipta instrumen tersebut, " kata Roukes.
