Trabalhando com um dispositivo que lembra um pouco um diapasão microscopicamente minúsculo, pesquisadores da Universidade de Tsukuba, no Japão, desenvolveram recentemente microcantilevers acoplados que podem fazer medições de massa na ordem de nanogramas com apenas 1% de margem de erro - permitindo potencialmente a pesagem de moléculas individuais em ambientes líquidos. Os resultados são publicados esta semana em Cartas de Física Aplicada , da AIP Publishing.

Os microcantilevers acoplados do grupo medem a massa na escala celular e subcelular usando oscilação autoexcitada, um processo no qual o feedback de um corpo oscilante controla a fase da fonte de energia agindo sobre ele, permitindo movimento periódico sustentado.

"Ao contrário das medições anteriores feitas por cantiléveres acoplados, que pode detectar a existência de uma pequena massa, mas não pode medir quantitativamente a massa, não requer um ambiente de medição especial, como um vácuo ultra-alto, "disse Hiroshi Yabuno, professor da Universidade de Tsukaba no Japão.

Os alunos de graduação de Yabuno, Daichi Endo e Keiichi Higashino realizaram as medições, e Yasuyuki Yamamoto e Sohei Matsumoto, colaboradores do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, construiu os microcantilevers acoplados usando métodos de fabricação de dispositivos MEMS.

Como todos os processos biológicos devem ocorrer em um ambiente líquido, isso torna os cantilevers do grupo ideais para processos como a detecção de hibridização de DNA e caracterização, no nível de uma única célula, proteomas inteiros - dados que mostram globalmente dentro de tal célula quais proteínas são expressas onde e quando, como resultado de instruções contidas no genoma do DNA de um organismo.

"Pelas características do método proposto, é fácil esperar que possamos obter a mesma precisão em um ambiente líquido, "Yabuno disse.

O cantilever acoplado, construído a partir de uma pastilha de silício isolante de silício gravada, assemelha-se a um minúsculo diapasão cujos dentes medem 500 por 100 micrômetros. Os pesquisadores testaram as capacidades do cantilever medindo a massa de microesferas de poliestireno, que têm um diâmetro médio de 15,0 micrômetros - a mesma ordem de magnitude de uma célula do fígado.

Em sua configuração, uma esfera foi colocada em uma das pontas - em um sistema biológico, as amostras seriam fixadas por mobilização covalente, Yabuno disse.

As pontas foram estimuladas por um atuador piezoelétrico, um dispositivo que converte um sinal elétrico em um deslocamento físico controlado. A fim de induzir oscilação autoexcitada nos cantiléveres, o movimento do atuador é ajustado automaticamente por um feedback adequado referente ao movimento de um dos cantiléveres.

A presença da esfera em um dos pinos resulta em uma razão de diferença de massa entre os dois, que afeta as vibrações resultantes, medido por um par de vibrômetros Doppler a laser e observado na análise de espectro das frequências oscilantes do cantilever.

"O método pode ser aplicado a tamanhos menores, escala nano, cantilevers acoplados, "Yabuno disse." Pode-se esperar para realizar a medição da massa infinitesimal, o que é impossível nos métodos existentes, mesmo em qualquer ambiente de medição. "

O trabalho futuro de Yabuno e seus colegas envolve o uso de cantiléveres para obter medições quantitativas de alta precisão de amostras biológicas, como células humanas e DNA em meio líquido.