納米級(jí)力測量的進(jìn)步為前所未有的生物學(xué)洞察打開了大門

新研究揭示了一種測量水中納米級(jí)極其微小力量的新方法，突破了科學(xué)家對(duì)微觀世界的認(rèn)知界限。

這一重大納米技術(shù)進(jìn)展是由中國北京航空航天大學(xué)、皇家墨爾本理工大學(xué)以及澳大利亞國立大學(xué)和悉尼科技大學(xué)等其他機(jī)構(gòu)的研究人員取得的。

該論文“通過超分辨光子力顯微鏡在溶液中實(shí)現(xiàn)亞飛牛頓力感測”發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志上。

這項(xiàng)新技術(shù)采用超分辨光子力顯微鏡(SRPFM)，能夠檢測到水中小至108.2阿牛頓的力——這一尺度非常微小，堪比測量病毒的重量。

北京航空航天大學(xué)首席研究員王帆教授表示，這種超靈敏測量的關(guān)鍵在于使用光鑷捕獲鑭系元素?fù)诫s納米粒子，然后用它來探測生物系統(tǒng)內(nèi)的微小力量。

他說：“了解這些微小的力量對(duì)于研究生物力學(xué)過程至關(guān)重要，因?yàn)樯锪W(xué)過程是活細(xì)胞運(yùn)作的基礎(chǔ)。”

“到目前為止，由于探頭發(fā)熱和信號(hào)弱等因素，在液體環(huán)境中高精度測量如此小的力是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。”

通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持的超分辨率定位，該團(tuán)隊(duì)能夠精確測量納米顆粒在流體介質(zhì)中如何被微小的力所移動(dòng)。

這項(xiàng)研究的共同第一作者、皇家墨爾本理工大學(xué)雷丁博士表示，這項(xiàng)創(chuàng)新不僅提高了力的分辨率和靈敏度測量的分辨率和靈敏度，而且最大限度地減少了捕獲納米粒子所需的能量，從而減少了對(duì)生物樣本的潛在損害。

丁教授表示：“我們的方法可以檢測到低至每平方根帶寬1.8飛牛頓的力，這接近熱噪聲所施加的理論極限。”

這項(xiàng)研究的意義十分重大，共同第一作者、北京航空航天大學(xué)的單旭晨博士補(bǔ)充道。“通過提供一種在分子水平上測量生物事件的新工具這項(xiàng)技術(shù)可以徹底改變我們對(duì)一系列生物和物理現(xiàn)象的理解，”單旭晨博士說。

這包括蛋白質(zhì)在人體細(xì)胞內(nèi)如何發(fā)揮作用等各方面的內(nèi)容內(nèi)如何發(fā)揮作用到早期檢測疾病的新方法的一切。

該研究還探索了該技術(shù)在測量作用于單個(gè)納米粒子的電泳力以及DNA分子與界面之間的相互作用力中的應(yīng)用，這對(duì)于先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果不僅為新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)鋪平了道路，而且在開發(fā)新的納米技術(shù)工具和提高生物醫(yī)學(xué)診斷的靈敏度方面也有潛在的應(yīng)用。

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