美開(kāi)發(fā)納米級(jí)質(zhì)量傳感器 可給單個(gè)原子稱重

據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過(guò)打造世界首個(gè)全功能性的納米管裝置，成功建造了一個(gè)可以給金原子稱重的納機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）。此成果發(fā)表在最新出版的《自然-納米技術(shù)》雜志上。

　加州大學(xué)伯克利分校物理系和伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的物理學(xué)家亞歷克斯·澤特爾負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究。澤特爾說(shuō)："在過(guò)去的15年左右，納機(jī)電系統(tǒng)推動(dòng)他們制造足夠靈敏且足夠小的裝置，因此他們現(xiàn)在能解決給單個(gè)原子或分子稱重的問(wèn)題。"

　此新式納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器由單個(gè)碳納米管組成，有雙層壁，具有全部電子特性，且硬度增加了。碳納米管的一端可自由活動(dòng)，而另一端入則連接在一個(gè)電極上，且距離相對(duì)的電極相當(dāng)近。來(lái)自電池或太陽(yáng)能電池上的直流電源與這對(duì)電極相連，導(dǎo)致它以某種波動(dòng)的共振頻率振動(dòng)。

　當(dāng)一個(gè)原子或分子被存放在此碳納米管上面時(shí)，此碳納米管的共振頻率就會(huì)因此原子或分子的質(zhì)量而改變，類似于不同體重的跳水運(yùn)動(dòng)員會(huì)改變跳水板的共振頻率一樣。此研究小組成員肯尼思·延森說(shuō)："讓碳納米管振動(dòng)很簡(jiǎn)單，難的就是探知其振動(dòng)的微小變化。我們通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)射或噴霧讓它產(chǎn)生了振動(dòng)，并探測(cè)到此碳納米管一端的電流變化。"

　利用此納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器，澤特爾小組對(duì)單個(gè)金原子稱了重量，其質(zhì)量為3.25 x 10^25千克。這意味著大約3億億億個(gè)金原子才能達(dá)到1千克。

　之前也有其它的納機(jī)電系統(tǒng)充當(dāng)質(zhì)量傳感器，但大多數(shù)是由硅制成的，沒(méi)有一個(gè)能在室溫中具有測(cè)量單個(gè)原子質(zhì)量的本領(lǐng)。澤特爾小組的碳納米管質(zhì)量傳感器比典型的納機(jī)電系統(tǒng)共振器的體積小1千倍，可以測(cè)量直徑只有十億分之一米和長(zhǎng)度只有千萬(wàn)分之一米的東西。延森說(shuō)："碳納米管是這一應(yīng)用的理想材料，它們足夠小的尺寸使它們?cè)谑覝叵伦銐蜢`敏地感知單個(gè)原子的存在。"

　雖然科學(xué)家通過(guò)復(fù)雜的技術(shù)――質(zhì)譜儀可以測(cè)量單個(gè)原子的質(zhì)量，但此新碳納米管納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器則有一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為新的應(yīng)用開(kāi)啟了大門(mén)，延森解釋說(shuō)。"不像質(zhì)譜儀，我們的裝置不需對(duì)中性原子和分子進(jìn)行離子化，從而避免損壞樣品，如蛋白質(zhì)。同樣也不像質(zhì)譜儀，我們的碳納米管質(zhì)量傳感器在高質(zhì)量范圍內(nèi)更加靈敏，更適合于測(cè)量大的生物分子如DNA。最終，我們的裝置將變得足夠小，可以集成到芯片上。"