Arbeta med en enhet som något liknar en mikroskopiskt liten stämgaffel, forskare vid University of Tsukuba i Japan har nyligen utvecklat kopplade mikrocantilevers som kan göra massmätningar i storleksordningen nanogram med endast 1 procents felmarginal - vilket möjliggör vägning av enskilda molekyler i flytande miljöer. Resultaten publiceras denna vecka i Tillämpad fysikbokstäver , från AIP Publishing.

Gruppens kopplade mikrocantilevers mäter massa på den cellulära och subcellulära skalan genom att använda självexciterad oscillation, en process där återkopplingen från en oscillerande kropp styr fasen av strömkällan som verkar på den, möjliggör ihållande periodisk rörelse.

"Till skillnad från de tidigare mätningarna som gjorts av kopplade cantilevers, som kan upptäcka förekomsten av liten massa men inte kvantitativt mäta massan, det kräver ingen speciell mätmiljö, som ett extremt högt vakuum, "sa Hiroshi Yabuno, professor vid University of Tsukaba i Japan.

Yabunos doktorander Daichi Endo och Keiichi Higashino utförde mätningarna, och Yasuyuki Yamamoto och Sohei Matsumoto, medarbetare vid National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, konstruerade de kopplade mikrofrigörarna med användning av tillverkningsmetoder för MEMS -enheter.

Eftersom alla biologiska processer måste ske i en flytande miljö, detta gör gruppens cantilevers idealiska för processer som att upptäcka DNA -hybridisering och karakterisera, på enstaka cellnivå, hela proteomer - data som globalt visar inom en sådan cell vilka proteiner som uttrycks var och när som ett resultat av instruktioner i en organisms DNA -genom.

"Från funktionerna i den föreslagna metoden, det är lätt att förvänta sig att vi kan uppnå samma noggrannhet i en flytande miljö, "Sa Yabuno.

Den kopplade fribäraren, konstruerad av en etsad kiselisolator-kiselskiva, liknar en liten stämgaffel vars tänder mäter 500 x 100 mikrometer. Forskarna testade deras cantilevers kapacitet genom att mäta massan av polystyrenmikrosfärer, som har en medeldiameter på 15,0 mikrometer - samma storleksordning som en levercell.

I deras upplägg, en sfär placerades på en av tapparna - i ett biologiskt system, prover skulle fästas genom kovalent mobilisering, Sa Yabuno.

Tänderna stimulerades sedan båda av ett piezo -manöverdon, en anordning som omvandlar en elektrisk signal till en kontrollerad fysisk förskjutning. För att framkalla själv-upphetsad svängning i fribärningarna, manöverdonets rörelse justeras automatiskt med en lämplig återkoppling som hänvisar till rörelsen hos en av fribärningarna.

Sfärens närvaro på en av tapparna resulterar i ett massdifferensförhållande mellan de två, som påverkar de efterföljande vibrationerna, mätt med ett par laserdopplervibrometrar och observerade i spektrumanalys av fribärets oscillerande frekvenser.

"Metoden kan tillämpas på mer små, nanoskala, kopplade fribärare, "Sa Yabuno." Det kan förväntas inse mätningen av oändlig massa, vilket är omöjligt i befintliga metoder, även i alla mätmiljöer. "

Framtida arbete för Yabuno och hans kollegor innebär att man använder fribärarna för att få kvantitativa mätningar med hög noggrannhet av biologiska prover som mänskliga celler och DNA i flytande media.