この物語から
[×]閉じる
ビデオ： 36の異常な測定単位-YouTubeのmental_floss（Ep.10）
分子計量装置の電子走査顕微鏡写真。 分子が中央の橋のような部分に着地すると、その質量を示す周波数で振動します。 Caltech / Scott KelbergおよびMichael Roukesによる画像
分子はどれくらいの重さだと思いますか？ 結合した原子の単一グループである分子（たとえば、H2Oを構成する2つの水素と1つの酸素）は、ほとんど理解できないほど小さいです。 1モルの水は約0.64オンスで、602, 214, 078, 000, 000, 000, 000, 000の分子を持っています。 要するに、分子は本当に、本当に、本当に小さなものです。
これまで、科学者は分子の大きなグループの質量を計算することができました。分子をイオン化し（電荷を与え）、質量分析として知られる技術である電磁界との相互作用の強さを確認しました。 ただし、単一の分子の質量を測定する方法はありませんでした。
しかし、昨日、カリフォルニア工科大学の科学者は、個々の分子の質量を直接測定する装置の発明を発表しました。 Nature Nanotechnology誌に掲載された論文に記載されているように、小さな装置は、その上の分子の質量に基づいて特定の周波数で振動する橋のような構造の周りに構築されます。 ブリッジの振動周波数を正確に追跡することにより、分子の正確な質量を決定できます。
「この現在の研究で私たちが成し遂げた重要な進歩は、入ってくる分子を1つずつ計量することができるようになったことです」と、この論文を作成した研究所の主任研究者Michael Roukesは言います。 「これまで誰もこれをやったことがありません。」
肉眼では、このデバイスは基本的に見えません。上の顕微鏡画像の下部の目盛りは、長さ2ミクロン、または100万分の2メートルです。 その中心にある振動ブリッジは、ナノ電気機械システム共振器として技術的に知られており、10年以上にわたって開発されてきました。
2009年に公開された以前の研究で、研究者は、装置に噴霧された粒子の質量を測定できることを示しましたが、1つの制限があります。一度に1分子だけを測定するには感度が不十分でした。 粒子が着陸した特定の場所が振動周波数に影響し、科学者はこれがどこにあるかを正確に知る方法がなかったため、平均を見つけるために数百個の同一の粒子を適用する必要があり、質量が明らかになりました。
この進歩は、分子がその上に噴霧されたときに、橋の振動周波数が変化する方法に関する新しい洞察を利用しています。 振動は2つのモードで同時に発生します。最初のモードは左右に揺れ、2番目のモードはブリッジを上下に移動する振動S字の形で発生します。 研究者は、分子がデバイスに衝突したときにこれらの各モードがどのように変化するかを正確に分析することにより、その位置、したがってその正確な質量を決定できることを発見しました。
この研究で、研究者らは、免疫グロブリンM（IgM）と呼ばれる分子の質量を測定することにより、このツールの有効性を実証しました。 各分子の重量を測定することで、どの種類のIgMであるかを正確に判断することができ、将来の医療用途の可能性を示唆しました。 例えば、ヴァルデンストロームマクログロブリン血症として知られるがんは、患者の血液中の特定の比率のIgM分子に反映されるため、この原理に基づいて構築される将来の機器は、がんを示す抗体の不均衡を検出するために血液を監視できるようになります。
科学者はまた、細胞内の分子機械を調べる生物学的研究者の助けとして、このタイプのデバイスを想定しています。 細胞の機能を駆動する酵素は、その表面の分子付着に大きく依存しているため、さまざまな時点およびさまざまな種類の細胞でタンパク質を正確に計量することで、細胞プロセスの理解を深めることができます。
チームは、自分たちの発明が日常の商業用途に使用できると予測しています。 たとえば、空気中のナノ粒子汚染を追跡する環境モニターは、これらの振動ブリッジの配列によって起動できます。
重要なのは、科学者によると、このデバイスは標準的な半導体製造方法（一般的な電気回路で使用されている方法）を使用して構築されたため、理論上、一度に動作する数十または数万の単一分子センサーを含む装置にスケールアップできることです。 「大規模な統合のための技術によって作られたデバイスを組み込むことで、そのような機器を作成するための準備が整いました」とルークスは言います。
