От тази история
[×] ЗАКРИТЕ
ВИДЕО: 36 необичайни измервателни единици - mental_floss в YouTube (еп.10)
Електронна сканираща микрография на устройството за претегляне на молекулата. Когато една молекула кацне на мостоподобната част в центъра, тя вибрира с честота, която показва нейната маса. Изображение чрез Caltech / Scott Kelberg и Michael Roukes
Колко мислите, че тежи една молекула? Молекула, която е една група от свързани атоми - двата водорода и един кислород, който например съставлява Н2О - е почти непонятно мъничка. Един мол вода, който е приблизително 0, 64 унции, има 602 214 078 000 000 000 000 000 молекули. Накратко, молекулите са наистина, наистина, много малки.
Досега учените можеха само да изчислят масата на големи групи молекули, като йонизират (давайки им електрически заряд) и след това виждат колко силно взаимодействат с електромагнитно поле, техника, известна като масспектрометрия. Те обаче нямаха как да измерват масата на една молекула.
Но вчера учени от Caltech обявиха изобретяването на устройство, което директно измерва масата на отделна молекула. Както е описано в документ, публикуван в списанието Nature Nanotechnology, малкият апарат е изграден около структура, наподобяваща мост, която вибрира със специфична честота въз основа на масата на молекулата отгоре. Чрез точно проследяване на вибрационната честота на моста те могат да определят точната маса на молекулата.
„Критичният напредък, който направихме в настоящата работа, е, че сега ни позволява да претегляме молекули - една по една - докато те влизат“, казва Майкъл Руукс, принципният изследовател на лабораторията, издала документа. "Никой никога не е правил това преди."
С просто око устройството е по същество невидимо - мащабът в долната част на изображението на микроскопа отгоре е дълъг два микрона или два милиона от метър. Вибриращият мост в центъра му е технически известен като наноелектромеханичен резонатор на системата и се разработва повече от десетилетие.
В предишна работа, публикувана през 2009 г., изследователите показаха, че те могат да измерят масата на частиците, напръскани върху апарата, но с едно ограничение: Това не беше достатъчно чувствително, за да измерва само една молекула наведнъж. Тъй като конкретното местоположение, където каца частица, влияе на вибрационната честота и учените нямаха как да разберат къде точно ще е това, те трябваше да прилагат няколкостотин идентични частици, за да намерят средна стойност, която разкрива масата.
Авансът използва ново разбиране за начина, по който вибриращата честота на моста се променя, когато върху него се напръска молекула. Вибрациите се появяват в два режима едновременно: Първият режим се люлее отстрани, докато вторият режим протича под формата на осцилираща S-образна вълна, която се движи нагоре и надолу по моста. Анализирайки как точно се променя всеки от тези режими, когато молекулата удари устройството, изследователите откриха, че могат да определят неговото положение и по този начин точната му маса.
В проучването изследователите доказват ефективността на инструмента чрез измерване на масата на молекула, наречена имуноглобулин М или IgM, антитяло, произведено от имунни клетки в кръвта и което може да съществува в няколко различни форми. Претегляйки всяка молекула, те успяха да определят точно какъв вид IgM е, намеквайки за потенциални бъдещи медицински приложения. Един вид рак, известен като Waldenström макроглобулинемия, например, се отразява от определено съотношение на IgM молекули в кръвта на пациента, така че бъдещите инструменти, изграждащи на този принцип, могат да наблюдават кръвта за откриване на дисбаланси на антителата, показателни за рака.
Учените също така предвиждат този тип устройства като помощно средство за биологични изследователи, които се вглеждат в молекулярната машина вътре в клетката. Тъй като ензимите, които управляват функционирането на клетката, са силно зависими от молекулярните привързаности на тяхната повърхност, прецизното претегляне на протеините в различни периоди и в различни видове клетки би могло да ни помогне да разберем по-добре клетъчните процеси.
Екипът дори прогнозира, че тяхното изобретение може да има ежедневни търговски приложения. Екологичните монитори, които проследяват замърсяването с наночастици във въздуха, например, могат да бъдат активирани от масиви от тези вибриращи мостове.
Важно е, казват учените, че устройството е конструирано по стандартни методи за производство на полупроводници - същите, използвани в общите електрически вериги - така че теоретично може да бъде мащабирано до апарати, включващи стотици или десетки хиляди едномолекулни сензори, работещи наведнъж. „С включването на устройствата, които са направени чрез техники за широкомащабна интеграция, ние сме на път да създадем такива инструменти“, казва Руукс.
