新研究揭示了一種測量水中納米級極其微小力量的新方法，突破了科學家對微觀世界的認知界限。
這一重大納米技術(shù)進展是由中國北京航空航天大學、皇家墨爾本理工大學以及澳大利亞國立大學和悉尼科技大學等其他機構(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現(xiàn)亞飛牛頓力感測”發(fā)表在《自然光子學》雜志上。
這項新技術(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摻雜納米粒子，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于研究生物力學過程至關(guān)重要，因為生物力學過程是活細胞運作的基礎(chǔ)。”
“到目前為止，由于探頭發(fā)熱和信號弱等因素，在液體環(huán)境中高精度測量如此小的力是一項重大挑戰(zhàn)。”
通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持的超分辨率定位，該團隊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。
這項研究的共同第一作者、皇家墨爾本理工大學雷丁博士表示，這項創(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。”
這項研究的意義十分重大，共同第一作者、北京航空航天大學的單旭晨博士補充道。“通過提供一種在分子水平上測量生物事件的新工具這項技術(shù)可以徹底改變我們對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，這對于先進的生物醫(yī)學工程技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。
該團隊的研究成果不僅為新的科學發(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)學診斷的靈敏度方面也有潛在的應(yīng)用。
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