https://frosthead.com

Novi uređaj može izmjeriti masu pojedinog molekula

Iz ove priče

[×] ZATVORI

VIDEO: 36 neobičnih mjernih jedinica - mental_floss na YouTubeu (Ep.10)

Elektronska skenirajuća mikrografija uređaja za vaganje molekula. Kad se molekula spusti na dio nalik mostu u središtu, on vibrira frekvencijom koja označava njegovu masu. Slika putem Caltech / Scott Kelberg i Michael Roukes

Koliko mislite koja molekula teži? Molekula, koja je jednostruka skupina povezanih atoma - dva vodika i jedan kisik koji, primjerice, čine H20, gotovo je neshvatljivo sićušna. Jedan mol vode, koji iznosi otprilike 0, 64 unce, ima 602, 214, 078, 000, 000, 000, 000, 000 molekula. Molekule su, ukratko, stvarno, stvarno, stvarno malene.

Do sada su znanstvenici mogli izračunati samo masu velikih skupina molekula, ionizirajući ih (dajući im električni naboj), a zatim su vidjeli kako snažno djeluju s elektromagnetskim poljem, tehnikom poznatom kao masna spektrometrija. Nisu, međutim, mogli izmjeriti masu jedne molekule.

No jučer su znanstvenici iz Caltecha najavili izum uređaja koji izravno mjeri masu pojedine molekule. Kao što je opisano u radu objavljenom u časopisu Nature Nanotechnology, maleni uređaj izgrađen je oko strukture slične mostu koja vibrira specifičnom frekvencijom na temelju mase molekule koja se nalazi na vrhu. Preciznim praćenjem vibracijske frekvencije mosta mogu se utvrditi točne mase molekule.

"Kritični napredak koji smo postigli u ovom trenutnom radu je taj što nam sada omogućuje da vagamo molekule - jednu po jednu - kako dolaze", kaže Michael Roukes, glavni istraživač u laboratoriju koji je proizveo ovaj rad. "To još nikad nitko nije učinio."

Svojim je očima uređaj nevidljiv - ljestvica na dnu gornje slike mikroskopa duga je dva mikrona ili dva milijuna metara. Vibrirajući most u njegovom središtu tehnički je poznat kao rezonator nanoelektromehaničkog sustava i razvija se već više od desetljeća.

U prethodnom radu, objavljenom 2009. godine, istraživači su pokazali da mogu izmjeriti masu čestica raspršenih na aparat, ali s jednim ograničenjem: to nije bilo dovoljno osjetljivo za mjerenje samo jedne molekule u isto vrijeme. Budući da je specifično mjesto na kojem je sletila čestica utjecalo na frekvenciju vibriranja, a znanstvenici nisu mogli točno znati gdje će to biti, morali su primijeniti nekoliko stotina identičnih čestica kako bi pronašli prosjek, koji je otkrio masu.

Napredak koristi novi uvid u način na koji se vibrirajuća frekvencija mosta mijenja kada se molekula prska na njega. Vibracije se javljaju u dva načina istovremeno: Prvi način je njihanje jedan na drugi, dok se drugi način pojavljuje u obliku oscilirajućeg vala u obliku slova S koji se kreće gore i dolje preko mosta. Analizirajući kako se točno svaki od tih načina mijenja kada molekula pogodi uređaj, istraživači su otkrili da mogu odrediti njegov položaj, a samim tim i njegovu točnu masu.

U studiji su istraživači pokazali učinkovitost alata mjerenjem mase molekule zvane imunoglobulin M, ili IgM, antitijela koje proizvode imunološke stanice u krvi i koje mogu postojati u više različitih oblika. Odmjeravanjem svake molekule mogli su točno odrediti o kojoj se vrsti IgM radi, nagovještavajući potencijalne medicinske primjene u budućnosti. Na primjer, vrsta raka poznata kao Waldenströmova makroglobulinemija, odražava se određenim omjerom molekula IgM u krvi pacijenta, tako da bi budući instrumenti koji se temelje na ovom principu mogli nadzirati krv radi otkrivanja neravnoteže antitijela koje ukazuju na rak.

Znanstvenici takvu vrstu uređaja smatraju i kao pomoć biološkim istraživačima koji istražuju molekularni stroj unutar stanice. Budući da enzimi koji pokreću funkcioniranje stanica uvelike ovise o molekularnim vezama na njihovoj površini, precizno vaganje proteina u različitim vremenima i u različitim vrstama stanica može nam pomoći u boljem razumijevanju staničnih procesa.

Tim čak predviđa da bi njihov izum mogao imati svakodnevnu komercijalnu primjenu. Na primjer, ekološki monitori koji prate onečišćenje nanočestica u zraku mogli bi se aktivirati nizovima ovih vibro mostova.

Važno je, kažu znanstvenici, da je uređaj izrađen standardnim metodama izrade poluvodiča - isti koji se koriste u uobičajenim električnim krugovima - tako da se teoretski može smanjiti na aparate koji uključuju stotine ili desetine tisuća jedno-molekularnih senzora koji djeluju odjednom. "Ugradnjom uređaja koji su izrađeni tehnikama integracije velikih razmjera, na dobrom smo putu za stvaranje takvih instrumenata", kaže Roukes.

Novi uređaj može izmjeriti masu pojedinog molekula