纳米级力测量的进步为前所未有的生物学洞察打开了大门

新研究揭示了一种测量水中纳米级极其微小力量的新方法，突破了科学家对微观世界的认知界限。

这一重大纳米技术进展是由中国北京航空航天大学、皇家墨尔本理工大学以及澳大利亚国立大学和悉尼科技大学等其他机构的研究人员取得的。

该论文“通过超分辨光子力显微镜在溶液中实现亚飞牛顿力感测”发表在《自然光子学》杂志上。

这项新技术采用超分辨光子力显微镜(SRPFM)，能够检测到水中小至108.2阿牛顿的力——这一尺度非常微小，堪比测量病毒的重量。

北京航空航天大学首席研究员王帆教授表示，这种超灵敏测量的关键在于使用光镊捕获镧系元素掺杂纳米粒子，然后用它来探测生物系统内的微小力量。

他说：“了解这些微小的力量对于研究生物力学过程至关重要，因为生物力学过程是活细胞运作的基础。”

“到目前为止，由于探头发热和信号弱等因素，在液体环境中高精度测量如此小的力是一项重大挑战。”

通过利用神经网络支持的超分辨率定位，该团队能够精确测量纳米颗粒在流体介质中如何被微小的力所移动。

这项研究的共同第一作者、皇家墨尔本理工大学雷丁博士表示，这项创新不仅提高了力的分辨率和灵敏度测量的分辨率和灵敏度，而且最大限度地减少了捕获纳米粒子所需的能量，从而减少了对生物样本的潜在损害。

丁教授表示：“我们的方法可以检测到低至每平方根带宽1.8飞牛顿的力，这接近热噪声所施加的理论极限。”

这项研究的意义十分重大，共同第一作者、北京航空航天大学的单旭晨博士补充道。“通过提供一种在分子水平上测量生物事件的新工具这项技术可以彻底改变我们对一系列生物和物理现象的理解，”单旭晨博士说。

这包括蛋白质在人体细胞内如何发挥作用等各方面的内容内如何发挥作用到早期检测疾病的新方法的一切。

该研究还探索了该技术在测量作用于单个纳米粒子的电泳力以及DNA分子与界面之间的相互作用力中的应用，这对于先进的生物医学工程技术的发展至关重要。

该团队的研究成果不仅为新的科学发现铺平了道路，而且在开发新的纳米技术工具和提高生物医学诊断的灵敏度方面也有潜在的应用。

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