影響未來的十大技術(shù)之一?核磁共振壓力顯微鏡 (205-04-22)
發(fā)布時間:2007-12-04
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即將出版的《技術(shù)評論》雜志,評出了未來將會對整個社會產(chǎn)生重大影響的技術(shù)。量子電線、硅光電技術(shù) 、新陳代謝學(xué)(Metabolomics)、 核磁共振壓力顯微鏡(成像技術(shù))、納米電子學(xué)、細(xì)菌工廠、環(huán)境信息學(xué)、生物機(jī)械電子學(xué)(Biomechatronics)、手機(jī)病毒和機(jī)載網(wǎng)絡(luò)。如果獲得成功,它們將大大改變我們的工作和生活。
其中核磁共振壓力顯微鏡――成像技術(shù):它將向我們展現(xiàn)三維分子世界的圖像。
在納米技術(shù)和分子生物學(xué)領(lǐng)域,研究人員常常由于不能以三維方式觀察原子和分子而受到嚴(yán)重的制約。例如,蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的模式,而這些模式是那些試圖發(fā)現(xiàn)這些生物分子功能的生物學(xué)家基本上看不到的。
因此,研究人員正在努力開發(fā)一種可以提供納米世界三維圖像的工具。這種叫做核磁共振壓力顯微鏡(MRFM)的儀器是由核磁共振成像與廣泛應(yīng)用于納米技術(shù)的原子力顯微鏡(AFM)結(jié)合的產(chǎn)物。加州San Jose市IBM Almaden研究中心的物理學(xué)家在Daniel Rugar的領(lǐng)導(dǎo)下,最近利用MRFM檢測到了單個電子發(fā)出的微弱的磁信號――單個電子的“自旋”(spin)。盡管這一成就距拍攝原子或分子的三維照片仍有很長的距離,但它是證明MRFM可以完成原子級成像的關(guān)鍵性的一步。MRFM在工作時,振動一個超敏感的懸臂(懸臂甚至在出現(xiàn)極其微弱的力時也會發(fā)生傾斜)末端上的微小的磁頭。在適當(dāng)?shù)臈l件下,磁頭與電子之間的磁力以可測量的形式改變懸臂的振動。在三維光柵中掃描分子理論上可以產(chǎn)生圖像。
通過幫助藥物研究人員更直接地找到蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),MRFM可以為開發(fā)更安全、更有效的藥物提供寶貴的線索。這種確定蛋白質(zhì)復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)涉及讓蛋白質(zhì)結(jié)晶,然后分析X光衍射圖,因?yàn)閄光會激發(fā)晶體中原子的運(yùn)動。但是,并不是所有的蛋白質(zhì)都能結(jié)晶,而分析X光衍射圖也是一件艱苦而棘手的工作。
IBM的研究人員開發(fā)出了顯示原子圖像的掃描隧道顯微鏡,并合作發(fā)明了AFM,從而使大多數(shù)納米技術(shù)成為可能。AFM已經(jīng)成為用于原子級處理的標(biāo)準(zhǔn)工具。 MRFM是否能產(chǎn)生同樣的影響現(xiàn)在還不能肯定。但是,IBM的試驗(yàn)結(jié)果對于那些為獲得顯示原子和分子世界的更清晰、更全面的圖像而奮斗的人來說,是一個巨大的鼓舞。