美國加州理工學院近日（rì）開發出僅有百（bǎi）萬分之一米大小的納米電子機械係統（NEMS）諧振器，可（kě）實時測定單（dān）個（gè）分子的質量（liàng）。該成果刊登在（zài）最近一期的（de）《自然?納米技術》雜誌上。

　　過去，科（kē）學（xué）家一直（zhí）依靠現有質譜分析技術測量分（fèn）子的（de）質量，程序十分繁瑣。首先要將被（bèi）測樣品中成千上（shàng）萬的分子離（lí）子化，使其呈帶電狀態，然後將這些離子引入電場，根據它們的運動狀態確定其質荷比，進而確定它們的質（zhì）量。

　　加（jiā）州理工學院的物理學、應用物理學和生物工程學教授兼該校納米科學研究所主（zhǔ）任邁克爾?L?若克斯及其同事經過十多年努力，開發出一種微型（xíng）NEMS諧振器，有效簡化了分子質量測量（liàng）的程序，並使測量器（qì）械微型化。這種2微米長、100納米寬的橋（qiáo）狀諧振器，具有很高的振動頻率，可有效充當質譜儀的“度量（liàng）標尺”。   

　　研（yán）究（jiū）論文的第一作者、物理學家阿斯科沙伊?奈克指出，諧振器的振（zhèn）動頻率與其所測量目標的質量成（chéng）正比，振（zhèn）動頻率的變化（huà）會與被測物的質量變化（huà）契合。將一（yī）個蛋白放（fàng）到諧振器上後，諧振器（qì）的振動頻率（lǜ）就會下降，而通過（guò）這種頻（pín）率轉（zhuǎn）換即可測定蛋白的質（zhì）量。   

　　研究人員（yuán）使用該儀器測試了牛血清白蛋白（BSA）的蛋白質量（liàng），其結（jié）果為66千道爾頓（道爾頓是表示原子或分子質量（liàng）的單位，1道爾頓大約與一個氫原子的（de）質量相當）。他們首先使用電噴霧離子化（ESI）係統使BSA蛋白離子（zǐ）處於蒸汽態，然後將其噴射到振動頻率為450兆赫茲的NEMS諧振器上，使諧振器（qì）的振（zhèn）動頻率降低了1.2千赫茲。相比之下，澱粉酶的蛋白（bái）分子所引起（qǐ）的頻（pín）率轉（zhuǎn）換大約為3.6千赫茲，其蛋白質量約為200千道爾頓，是BSA蛋白質量的3倍。

　　奈克指出，諧振（zhèn）器振動頻率的變化還（hái）會受到被測分子在諧振器上所處位置的影響，在中心位置引起的頻（pín）率（lǜ）變動幅（fú）度大於邊緣位置引起的變動幅度。因（yīn）此，不能僅依靠一次測量就確定分子質量的大小，大約需要500次（cì）的頻率轉換才會得到更（gèng）精確的結果。將來（lái），研究人員會設法使質（zhì）量測量免除分子位置點的幹擾。目前這套技術設備已有了原型。原則上，這種係統的測量精度可達（dá）1道爾頓，相當於一個氫原（yuán）子的質量。但（dàn）這是下一代裝置才能（néng）達到的目標，它不僅要更精細小（xiǎo）巧，還要具有更好的噪聲性能。而研究小組則希望能創建或許含（hán）有成（chéng）千上萬個（gè）NEMS諧振器的陣列，通過並行工作，以“在一瞬間”確定成千上萬個分子（zǐ）的質量（liàng）。

　　若克斯（sī）教授指出，隨（suí）著生命科學研究的深入（rù），越來越需要（yào）進行大量（liàng）的蛋白質組學分析，下一代用（yòng）於相關研究的儀器，尤其是用於係統生物學研究的儀器，一定要能完成這樣的任務。而半導體微電子加工工藝的發展，使這種儀器的研製成為（wéi）可能。

　　此項研究工作得到了美國國立衛生研究院、美國國防部高級研究（jiū）計劃局以及美國空間和海上作戰司令部的支持。