世界首個三維等離子標尺研制成功

據美國物理學家組織網6月16日報道，最近，美國能源部勞倫斯-伯克利國家實驗室與德國斯圖加特大學研究人員合作，開發出了世界首個三維等離子標尺，能在納米尺度上測量大分子系統在三維空間的結構。該標尺有助于科學家在研究生物的關鍵動力過程中，以前所未有的精度來測量DNA（脫氧核糖核酸）和酶的作用、蛋白質折疊、多肽運動、細胞膜震動等。研究論文發表在最新一期《科學》雜志上。
　　隨著電子設備和生物學研究對象越來越小，人們需要一種能測量微小距離和結構變化的精確工具。此前有一種等離子標尺，是基于電子表面波（也叫“等離子體”）開發出的一種線性標尺。當光通過貴金屬，如金或銀納米粒子的限定維度或結構時，就會產生這種等離子體或表面波。但目前的等離子標尺只能測量一維距離長度，在測量三維生物分子、軟物質作用過程方面還有很大局限，其中等離子共振由于輻射衰減而變弱，多粒子間的簡單耦合產生的光譜很模糊，很難轉換為距離。
　　而新型三維等離子標尺克服了上述困難。該三維等離子標尺由5根金質納米棒構成，其中一個垂直放在另外兩對平行的納米棒中間，形成雙層H型結構。垂直的納米棒和兩對平行納米棒之間會形成強耦合，阻止了輻射衰減，引起兩個明顯的四極共振，由此能產生高分辨率的等離子波譜。標尺中有任何結構上的變化，都會在波譜上產生明顯變化。另外，5根金屬棒的長度和方向都能獨立控制，其自由度還能區分方向和結構變化的重要程度。   
　　研究人員還用高精度電子束光刻和疊層納米技術制作了一系列樣品，將三維等離子標尺放在玻璃的絕緣介質中，嵌入樣品進行測量，實驗結果與計算出來的數據高度一致。與其他分子標尺相比，這種三維等離子標尺建立在化學染料和熒光共振能量轉移的基礎上，不會閃爍也不會產生光致褪色，在光穩定性和亮度上都很高。
　　談到應用前景，該研究領導者、伯克利實驗室負責人鮑爾·埃利維塞特說，這種三維等離子標尺是一種轉換器，可將其附著在DNA或RNA鏈多個位點，或放在蛋白質、多肽的不同位置，再現復雜大分子的完整結構和生物過程，追蹤這些過程的動態演變。