바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")측정 프론티어 리서치 부서8313_8468초전도나노 스트립 바카라 커뮤니티 검출기를 개발했습니다
이 검출기는 초전도체가 전류 바이어스되고 바카라 커뮤니티이 충돌 할 때 발생하는 사운드입니다포논로 인한 초전도 상태의 실패를 활용하여 바카라 커뮤니티이 검출됩니다 수백 밀리미터의 수십 나노 미터 및 선 너비의 두께와 몇 밀리미터의 영역에서 평행 한 수십 개의 나노 미터 및 선 너비의 두께를 가진 초전도체 (Niobium 또는 Niobium Niobium Niobium)의 스트립 라인을 배치함으로써, 우리는 기존의 바카라 커뮤니티 검출기와 동등한 빠른 나노 세제 반응을 달성했으며, 이는 큰 질병과 함께 떨어지지 않는 빠른 나노 세제 반응을 달성했다 또한 고속 초전도 디지털 회로를 사용하여 나노 초 신호를 성공적으로 읽었습니다 또한, 검출기는 다양한 작동 조건에 의해 바카라 커뮤니티의 전하 수를 식별 할 수있다 비행 시간 질량 분석기의 성능이 향상 될 것으로 예상됩니다
이 기술에 대한 세부 사항은 5 월 20 일부터 24 일까지 캐나다 밴쿠버에서 개최 될 60 번째 미국 대중 분석 협회에서 발표 될 것입니다
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외관의 간단한 다이어그램 (a) 및 초전도 나노 스트립 바카라 커뮤니티 감지기의 구조 (b) 나노 스트립에 의한 회절은 무지개 색상을 보이게합니다 스케일은 1 mm (a)입니다 Niobium 또는 Niobium 질화물 스트립의 두께는 10 나노 미터이고 폭은 100 나노 미터 (b)를 갖는다 |
비행 시간 질량 분석기는 생명 과학 분야에서 사용되는 중요한 분석 장치 중 하나입니다 원자와 분자의 바카라 커뮤니티화 후, 원자는 여러 킬로 볼트의 전압에서 가속화되어 특정 거리를 통해 비행하고, 이들을 식별하고, 구조적 분석, 구조적 분석 등을 얻었습니다 바카라 커뮤니티 검출기는 빠른 나노 초 반응이 필요합니다 그러나 질량이 약 4,000을 초과하면 검출 감도가 감소하고 분석 질량 범위는 제한됩니다 또한, 바카라 커뮤니티의 전하 수를 확인할 수 없기 때문에, 바카라 커뮤니티의 질량을 직접 결정할 수없는 한계가있다
AIST는 과학 기술 및 산업 분야의 연구 개발에 사용되는 고급 측정 및 분석 장비를 연구하고 개발하고 있습니다 이의 일환으로, 우리는 초전도성 기술을 사용하여 질량 분석기 탐지기의 기술적 또는 기본 제한을 극복하기 위해 노력해 왔습니다 (AIST TODAY Vol9 No8 [PDF : 11MB])
이 연구 및 개발은 과학 연구를위한 보조금에 의해 지원되었습니다 탐지기는 AIST의 고급 장비 공유 혁신 플랫폼을 사용하여 나노 프로세싱 시설에서 제작되었습니다 또한 CNR과의 국제 공동 연구는 과학 홍보, 외국 특별 연구 펠로우쉽 프로젝트를 위해 일본 협회를 통해 수행되었습니다 바카라 커뮤니티 외에도 적외선 광자, X- 레이 및 테라 하르츠 파도와 같은 다양한 센서가 있으며 국제 전기 기술위원회 기술위원회 90 (IEC TC90)은 초전도 센서의 표준화를 촉진하고 있습니다
그림 1은 기존 바카라 커뮤니티 검출기의 검출 원리를 이번에 개발 한 초전도 검출기와 비교합니다 질량 분석기에서 바카라 커뮤니티의 에너지는 몇 킬로그램입니다전자 볼트만큼 낮기 때문에 단백질과 같은 큰 질량을 가진 바카라 커뮤니티은 단지 약한 충돌만으로 검출기 표면에 부착됩니다 이것을 감지하기 위해, 충돌에 의해 때때로 표면에서 방출되는 2 차 전자는 전자 승수 튜브를 사용하여 증폭되었다 2 차 전자의 검출 감도는 질량이 증가함에 따라 감소하고 방출 될 가능성이 줄어 듭니다 반면, 초전도 감지기는 바카라 커뮤니티이 충돌 할 때 발생하는 소리 (포논)에 의해 초전도 상태가 깨 졌다는 사실을 활용합니다
이번에 우리는 수퍼전도 (Niobium 또는 Niobium Niobium Niobium Niobium)의 스트립 라인이 두께와 수백 개의 나노 미터로 감소 된 나노 구조를 갖는 초전도 검출기를 개발했으며, 이들은 수 밀리미터의 영역에서 일련의 영역으로 배열된다 그것은 나노 구조화 된 초전도체의 우수한 특성과 충분한 민감한 영역을 달성했으며, 이는 탐지기로서 중요하다 검출기는 약 -270 ℃로 냉각되어 초전도 상태가된다 스트립 라인이 나노 크기의 선 너비로 좁아지기 때문에 바카라 커뮤니티 충돌로 인해 포논이 발생하면 스트립 라인의 전체 너비가 초전도 상태에서 정상 상태로 변경되어 저항이 발생합니다 이 저항은 약 나노초의 전압 펄스를 생성하여 바카라 커뮤니티을 고속으로 감지 할 수 있습니다 또한, 포논은 모든 질량의 바카라 커뮤니티 충돌 일 때 거의 동일한 방식으로 생성되므로 큰 질량을 가진 분자는 높은 감도로 고속으로 감지 될 수 있습니다
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그림 1 초전도성으로 인한 기존 바카라 커뮤니티 검출과 바카라 커뮤니티 검출의 차이 질량 분석법에서 큰 질량을 가진 바카라 커뮤니티은 단지 약한 충돌만으로 검출기 표면에 부착됩니다 이 경우에도 소리 (포논)가 생성되어 초전도성이 끊어집니다 |
그림 2는 호르몬 인 안지오텐신 I라는 생체 분자 바카라 커뮤니티이 우리가 개발 한 초전도 검출기와 충돌 할 때 관찰 된 전압 펄스 파형을 보여줍니다 펄스 폭은 1 나노 초 미만입니다 또한, 나노 초 펄스는 또한 큰 분자량을 갖는 면역 글로불린 다우머에서 관찰되었다 이러한 방식으로, 큰 분자량이 600,000 인 바카라 커뮤니티에서도 고속 검출이 가능 하였다
이 고속 펄스를 처리하려면단일 플럭스 양자 (SFQ)정보의 매체로 이 회로는 검출기와 충돌하여 생성 된 고속 전압 펄스를 SFQ로 성공적으로 변환하고 질량 스펙트럼을 측정합니다
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그림 2 나노 초 출력 펄스 파형 (a) 생체 분자 안지오텐신 I의 하나의 충돌에 해당하는, 초전도 디지털 회로 (SFQ) (b)
SFQ 회로는 국제 초전도 산업 기술 연구 센터의 미세 가축 과정을 사용하여 제작되었습니다 |
우리는 검출기에 적용되는 현재 바이어스 값을 변경하여 바카라 커뮤니티 전하 번호 식별이 가능하다는 것을 발견했습니다 그림 3은 효소 Lysozyme을 보여줍니다Multimer이것은 바카라 커뮤니티 측정의 예입니다 전류 바이어스가 낮을 때, (a)에 도시 된 바와 같이, 단량체로부터 헥사 머의 바카라 커뮤니티 만 관찰된다 전류 바이어스가 증가 할 때, (b)에 도시 된 바와 같이, 1 헥사 머의 1 인분 바카라 커뮤니티이 단량체로부터 주로 관찰된다 예를 들어 정상적인 질량 분석법에서m/z12964_13051
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그림 3 효소 Lysozyme Multimer의 분석의 예 예를 들어, 약간 생성 된 이량 체의 바카라 커뮤니티 (2+2|)로 작성된 단량체의 1가 바카라 커뮤니티입니다 (1+1) 및m/z동일하므로 정상적인 질량 분석법을 사용하여 구별 할 수 없습니다 이번에 개발 된 초전도 검출기를 사용하여 강도가 약한 이량 체 바카라 커뮤니티의 피크를 추출 할 수 있습니다 |
앞으로 다양한 고 처리량 분석을 실현하기 위해 탐지기의 민감한 영역을 높이고 초전도 디지털 회로의 데이터 처리 기능을 향상시킬 계획입니다 우리가 개발 한 초전도 검출기의 작동에는 -270 ° C의 극저온 환경이 필요하지만, 액체 헬륨의 공급이 필요하지 않은 자동 냉각 시스템을 구축했으며, 2 년 안에 공유 혁신 플랫폼에 대한 분석 요청을받은 초전도 검출기를 설치할 예정입니다