https://frosthead.com

Uus seade saab mõõta ühe molekuli massi

Sellest loost

[×] SULETUD

VIDEO: 36 ebaharilikku mõõtühikut - mental_floss YouTube'is (10. osa)

Molekuli kaalumisseadme elektronide skaneerimise mikrograaf. Kui molekul maandub sillataolisele osale keskele, vibreerib see sagedusega, mis näitab selle massi. Pilt Caltechi / Scott Kelbergi ja Michael Roukesi kaudu

Kui palju teie arvates molekul kaalub? Molekul, mis on üks aheldatud aatomite rühm - näiteks kaks vesinikku ja üks hapnik, mis moodustavad H2O - on peaaegu arusaamatult pisike. Ühel mool vett, mis on umbes 0, 64 untsi, on 602 214 078 000 000 000 000 000 molekuli. Lühidalt öeldes on molekulid tõesti väga suured.

Siiani võisid teadlased arvutada ainult suurte molekuligruppide massi, ioniseerides neid (andes neile elektrilaengu) ja nähes siis, kui tugevalt nad interakteerusid elektromagnetilise väljaga - seda meetodit nimetatakse massispektromeetriaks. Neil polnud aga võimalust ühe molekuli massi mõõta.

Kuid eile teatasid Caltechi teadlased seadme leiutamisest, mis mõõdab otseselt üksiku molekuli massi. Nagu on kirjeldatud ajakirjas Nature Nanotechnology avaldatud artiklis, on pisike seade ehitatud sillataolise konstruktsiooni ümber, mis vibreerib kindlal sagedusel, lähtudes selle peal oleva molekuli massist. Silla vibreerimissagedust täpselt jälgides saavad nad määrata molekuli täpse massi.

"Selles töös tehtud kriitiline edusamm on see, et see võimaldab meil nüüd molekule - ükshaaval - kaaluda, kui nad sisse tulevad, " ütleb paberi tootnud labori uurija Michael Roukes. "Keegi pole seda kunagi varem teinud."

Palja silmaga on seade põhimõtteliselt nähtamatu - ülaosas oleva mikroskoobi kujutise all olev skaala on kaks mikroni pikk või kaks miljondikku meetrist. Selle keskmes olev vibreeriv sild on tehniliselt tuntud kui nanoelektromehaaniline süsteemi resonaator ja seda on arendatud üle kümne aasta.

Eelmises, 2009. aastal avaldatud töös näitasid teadlased, et nad said mõõta aparaadile pritsitud osakeste massi, kuid ühe piiranguga: See polnud piisavalt tundlik, et mõõta ainult ühte molekuli korraga. Kuna osakese maandumise konkreetne koht mõjutas vibreerimissagedust ja teadlastel polnud võimalust teada, kus see täpselt asub, pidid nad massi paljastava keskmise leidmiseks rakendama mitusada identset osakest.

Edasiminek annab uue ülevaate silla vibreerimissageduse muutumisest molekuli pihustamisel. Vibratsioonid esinevad samaaegselt kahes režiimis: Esimene režiim on külg külje suunas kallutamine, teine ​​režiim toimub võnkuva S-kujulise laine kujul, mis liigub sillast üles ja alla. Analüüsides täpselt, kuidas kõik need režiimid muutuvad, kui molekul seadmele tabab, leidsid teadlased, et nad saaksid kindlaks teha selle asukoha ja seega ka selle täpse massi.

Uuringus tõestasid teadlased tööriista tõhusust, mõõtes immunoglobuliin M ehk IgM-i kutsutud molekuli massi, mis on antikeha, mida vere immuunrakud toodavad ja mida võib eksisteerida mitmel erineval kujul. Iga molekuli kaalumisel suutsid nad täpselt kindlaks teha, millist tüüpi IgM see oli, vihjates võimalikele meditsiinilistele rakendustele tulevikus. Näiteks teatud tüüpi vähktõbe, mida nimetatakse Waldenströmi makroglobulineemiaks, peegeldub IgM-i molekulide teatud suhtega patsiendi veres, seega võiksid sellele põhimõttele tuginevad tulevased vahendid jälgida verd, et tuvastada vähile viitavad antikehade tasakaalustamatused.

Teadlased näevad seda tüüpi seadmeid ka abina bioloogilistele uurijatele, kes uurivad raku sisemisi molekulaarseid seadmeid. Kuna raku funktsioneerimist mõjutavad ensüümid sõltuvad suuresti nende pinna molekulaarsest seotusest, võivad valkude täpsed kaalumised erinevatel aegadel ja erinevat tüüpi rakkudes aidata meil paremini mõista raku protsesse.

Meeskond ennustab isegi, et nende leiutisel võiks olla igapäevaseid kaubanduslikke rakendusi. Keskkonnamonitorid, mis jälgivad näiteks õhu nanoosakeste saastamist, saab aktiveerida nende vibreerivate sildade massiividega.

Teadlaste sõnul on seadme ehitamisel kasutatud tavalisi pooljuhtide valmistamismeetodeid - samu, mida kasutatakse tavalistes elektriahelates -, nii et seda saab teoreetiliselt laiendada seadmetele, mis sisaldavad sadu või kümneid tuhandeid ühemolekulilisi andureid korraga. "Seoses seadmete integreerimisega, mis on toodetud suuremahuliseks integreerimiseks, oleme nende instrumentide loomisel väga edukas, " ütleb Roukes.

Uus seade saab mõõta ühe molekuli massi