NIST研究人員用（yòng）了30多年的時間開發和研究能夠（gòu）識別（bié）單分子的微型生（shēng）物（wù）傳感器。5到10年後，當這種設備成為醫（yī）生辦公室（shì）的主要設（shè）備時，可以檢測癌症和（hé）其他疾病（bìng）的分子標誌物，並評估治療這些疾病的藥物治療的有（yǒu）效性。

       為了幫助實現這（zhè）一目標，提高測量的準確（què）性和（hé）速度，科學家們（men）必須找到（dào）更好地理解分子如何與這些（xiē）傳感器相互作用的方法。來自國家標準（zhǔn）與技術研究院(NIST)和弗吉尼亞聯邦大學(VCU)的研究人員（yuán）現（xiàn）在（zài）開發了（le）一種新（xīn）方法，在最新一期的《科學進展》（Science Advances）期刊上報道了他們的發現。

       該團隊通過製（zhì）造形成細胞（bāo）膜的人造生物材料，製造（zào）生物（wù）傳感器，被稱為脂質雙分子層，包含一個直徑約2納米(十億（yì）分之一米)的微小孔（kǒng），被液體包圍。溶解在液體中的（de）離子通（tōng）過納米（mǐ）孔，產生微小的電流。然而，當（dāng）分子進入薄膜時，會部分阻礙電流的流動（dòng）。阻礙（ài）的持續時間和強度就像（xiàng）指（zhǐ）紋，識別特定分子的大小（xiǎo）和性質。 

       為了識別（bié）分子，科學家應用一種稱為納米孔的生物傳感器——薄膜上的小孔（kǒng），可以讓液體通過。當分子進入孔（kǒng）內時，它會部分阻礙電流的流動，從而為研究人員提供一個識別分子的信號。為了得到準確的測量結果，分子須（xū）在孔內停留足夠長的（de）時間。NIST的研究人員正應用激光測量分子進入和離開納米孔時的能（néng）量，得到的信息可以幫（bāng）助科學家設計優化的納米孔以檢測特定（dìng）的分子。

       對大量的單個（gè）分（fèn）子進行精（jīng）確的測量，所研究的分子必須在納米孔中停留一段既不太長也（yě）不太短的時間（jiān），時間範圍從1億分之一秒（miǎo）到1萬（wàn）分之一秒不等。問題是，如果納米孔以某種方式將大部分分子固定在一個位置上，那麽（me）在這段時間內，大多（duō）數分子隻（zhī）能待在納米孔的小（xiǎo）體積中。這意味著納米孔環（huán）境必須提供（gòng）一定的（de）屏障。例如，增加靜電力或改變（biàn）納（nà）米孔的形狀（zhuàng），使分子更難逸出（chū）。 

       突破屏障所需的最小能量因不同類型（xíng）的分子而異（yì），這對生物傳感器（qì）的高效和準（zhǔn）確工作至（zhì）關重要。計算（suàn）這個量需要測量與分（fèn）子進出孔時的能量相關的幾個特性。其目標是測量分子（zǐ）與其環境之間的相互作用，是（shì）主要來自化學鍵，還是主（zhǔ）要來（lái）自分子在捕獲和釋放過程中（zhōng）自由（yóu）移動的能力。

      到目前為（wéi）止，由於技術原因，提取這些高能（néng）組分的可靠測量方法一直缺失。在新的（de）研究中，由NIST Joseph Robertson和VCU的Joseph Reiner共同領導的團隊展（zhǎn）示了一種快速、基於激光的加熱方法（fǎ），來測量這些能量。

       測量須在不同的溫度下進行，而激光加熱係統確保這些溫度迅（xùn）速（sù）變化、可複現。研究人員（yuán）可（kě）以在不（bú）到2分鍾的時間（jiān）內完成測量（liàng），而不需要30分（fèn）鍾甚至更多。羅伯遜 Robertson說“我們的（de）經（jīng）驗表明，如果沒有這類基於激光（guāng）的加熱工具，測量根本無法完成。這樣做既費時又（yòu）昂貴。”