Iz te zgodbe
[×] ZAPRTA
VIDEO: 36 nenavadnih merilnih enot - mental_floss na YouTubu (Ep.10)
Elektronski skenirni mikrograf naprave za tehtanje molekul. Ko molekula pristane na mostu podobnem delu v središču, vibrira s frekvenco, ki kaže na njegovo maso. Slika prek Caltech / Scott Kelberg in Michael Roukes
Koliko mislite, da tehta molekula? Molekula, ki je enotna skupina vezanih atomov - na primer dva vodika in en kisik, ki tvorita H2O -, je skoraj nerazumljivo drobna. En mol vode, kar je približno 0, 64 unče, ima 602 214 078 000 000 000 000 molekul. Molekule, skratka, so res, res, res majhne.
Do zdaj so znanstveniki lahko izračunali samo maso velikih skupin molekul, in sicer tako, da so jo ionizirali (jim dali električni naboj), nato pa videli, kako močno so posegali v elektromagnetno polje, tehniko, imenovano masna spektrometrija. Niso pa mogli izmeriti mase ene same molekule.
Toda včeraj so znanstveniki iz Caltecha napovedali izum naprave, ki neposredno meri maso posamezne molekule. Kot je opisano v prispevku, objavljenem v reviji Nature Nanotechnology, je droben aparat zgrajen okoli mostu podobne strukture, ki vibrira z določeno frekvenco glede na maso molekule na njej. S natančnim sledenjem vibracijske frekvence mostu lahko določijo natančno maso molekule.
"Kritični napredek, ki smo ga dosegli v tem trenutnem delu, je ta, da nam zdaj omogoča tehtanje molekul, ena za drugo, ko pridejo v poštev, " pravi Michael Roukes, glavni raziskovalec laboratorija, ki je pripravil dokument. "Nihče tega še ni storil."
S prostim očesom je naprava v bistvu nevidna - lestvica na dnu zgornje slike mikroskopa je dolga dva mikrona ali dva milijona. Vibrirajoči most v njegovem središču je tehnično znan kot resonator nanoelektromehanskih sistemov in se razvija že več kot desetletje.
V prejšnjem delu, objavljenem leta 2009, so raziskovalci pokazali, da lahko merijo maso delcev, razpršenih na napravo, vendar z eno omejitvijo: Premalo je bilo občutljivo za merjenje samo ene molekule naenkrat. Ker je določena lokacija, kjer je pristal delček, vplivala na vibracijsko frekvenco in znanstveniki niso mogli natančno vedeti, kje bo to, so morali uporabiti nekaj sto enakih delcev, da bi našli povprečje, kar je razkrilo maso.
Predplačilo izkoristi nov vpogled v način spreminjanja vibracijske frekvence mostu, ko se nanj razprši molekula. Vibracije se pojavljajo v dveh načinih hkrati: Prvi način je drsenje od drugega do drugega, drugi način pa v obliki nihajočega vala v obliki črke S, ki se premika navzgor in navzdol po mostu. Z natančno analizo, kako se vsak od teh načinov spremeni, ko molekula zadene napravo, so raziskovalci ugotovili, da lahko določijo njen položaj in s tem njegovo natančno maso.
V raziskavi so raziskovalci dokazali učinkovitost orodja z merjenjem mase molekule, imenovane imunoglobulin M, ali IgM, protitelesa, ki ga tvorijo imunske celice v krvi in ki lahko obstaja v več različnih oblikah. S tehtanjem vsake molekule so lahko natančno ugotovili, za katero vrsto IgM gre, kar namiguje na morebitne prihodnje medicinske namene. Nekakšen rak, znan na primer Waldenströmova makroglobulinemija, se kaže v določenem razmerju molekul IgM v bolnikovi krvi, zato bodo prihodnji instrumenti, ki temeljijo na tem načelu, lahko spremljali kri, da bi odkrili neravnovesja protiteles, ki kažejo na raka.
Znanstveniki to vrsto pripomočkov predstavljajo tudi kot pomoč biološkim raziskovalcem, ki pregledujejo molekularni stroj znotraj celice. Ker so encimi, ki vplivajo na delovanje celice, zelo odvisni od molekulskih navez na njihovi površini, bi nam lahko natančno tehtanje beljakovin v različnih obdobjih in v različnih vrstah celic pomagalo bolje razumeti celične procese.
Ekipa celo napoveduje, da bi njihov izum lahko imel vsakodnevno komercialno uporabo. Okoljski monitorji, ki spremljajo onesnaževanje z nanodelci v zraku, bi lahko na primer aktivirali nize teh vibrirajočih mostov.
Pomembno je, da znanstveniki trdijo, da je bila naprava izdelana po standardnih metodah izdelave polprevodnikov - enakih, ki se uporabljajo v skupnih električnih vezjih - tako da se teoretično lahko poveča do naprav, ki vključujejo na stotine ali več deset tisoč eno-molekulskih senzorjev, ki delujejo hkrati. "Z vgradnjo naprav, ki so narejene s tehnikami za obsežno integracijo, smo že na dobri poti k ustvarjanju takšnih instrumentov, " pravi Roukes.
