最近，美國能源部勞倫斯-伯克利國家實(shí)驗(yàn)室與德國斯圖加特大學(xué)研究人員合作，開發(fā)出了世界首個(gè)三維等離子標(biāo)尺，能在納米尺度上測(cè)量大分子系統(tǒng)在三維空間的結(jié)構(gòu)。該標(biāo)尺有助于科學(xué)家在研究生物的關(guān)鍵動(dòng)力過程中，以前所未有的精度來測(cè)量DNA（脫氧核糖核酸）和酶的作用、蛋白質(zhì)折疊、多肽運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞膜震動(dòng)等。研究論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。

隨著電子設(shè)備和生物學(xué)研究對(duì)象越來越小，人們需要一種能測(cè)量微小距離和結(jié)構(gòu)變化的精確工具。此前有一種等離子標(biāo)尺，是基于電子表面波（也叫“等離子體”）開發(fā)出的一種線性標(biāo)尺。當(dāng)光通過貴金屬，如金或銀納米粒子的限定維度或結(jié)構(gòu)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這種等離子體或表面波。但目前的等離子標(biāo)尺只能測(cè)量一維距離長(zhǎng)度，在測(cè)量三維生物分子、軟物質(zhì)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?nèi)?，多粒子間的簡(jiǎn)單耦合產(chǎn)生的光譜很模糊，很難轉(zhuǎn)換為距離。

而新型三維等離子標(biāo)尺克服了上述困難。該三維等離子標(biāo)尺由5根金質(zhì)納米棒構(gòu)成，其中一個(gè)垂直放在另外兩對(duì)平行的納米棒中間，形成雙層H型結(jié)構(gòu)。垂直的納米棒和兩對(duì)平行納米棒之間會(huì)形成強(qiáng)耦合，阻止了輻射衰減，引起兩個(gè)明顯的四極共振，由此能產(chǎn)生高分辨率的等離子波譜。標(biāo)尺中有任何結(jié)構(gòu)上的變化，都會(huì)在波譜上產(chǎn)生明顯變化。另外，5根金屬棒的長(zhǎng)度和方向都能獨(dú)立控制，其自由度還能區(qū)分方向和結(jié)構(gòu)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(shù)制作了一系列樣品，將三維等離子標(biāo)尺放在玻璃的絕緣介質(zhì)中，嵌入樣品進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算出來的數(shù)據(jù)高度一致。與其他分子標(biāo)尺相比，這種三維等離子標(biāo)尺建立在化學(xué)染料和熒光共振能量轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，不會(huì)閃爍也不會(huì)產(chǎn)生光致褪色，在光穩(wěn)定性和亮度上都很高。

談到應(yīng)用前景，該研究領(lǐng)導(dǎo)者、伯克利實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人鮑爾·埃利維塞特說，這種三維等離子標(biāo)尺是一種轉(zhuǎn)換器，可將其附著在DNA或RNA鏈多個(gè)位點(diǎn)，或放在蛋白質(zhì)、多肽的不同位置，再現(xiàn)復(fù)雜大分子的完整結(jié)構(gòu)和生物過程，追蹤這些過程的動(dòng)態(tài)演變。