Нановесы для жидких сред
Американские ученые создали новый датчик массы, позволяющий измерять объекты весом не более 2 фемтограмм (10-15 грамм) в жидкой среде. Устройство может использоваться для «взвешивания» отдельных биологических молекул, в частности, вирусов. В будущем оно может быть полезно для обнаружения «маркеров», например, болезни Альцгеймера.
Известно, что наномеханические резонаторы могут использоваться для детектирования и взвешивания крошечных объектов, например, молекул ДНК или вирусов. Это возможно благодаря точному измерению частоты резонанса наномеханического устройства. Когда некий объект (массу которого планируется измерять) попадает на такие «наномеханические весы», изменяется частота их резонанса, которая фиксируется измерительными приборами. Далее, зная форму и природу резонатора, возможно рассчитать массу объекта.
Подобных устройств существует великое множество. Однако, их общей проблемой является то, что они достаточно плохо работают в жидкой среде (наиболее распространенной среде для исследуемых биологических объектов). Это связано с тем, что наномеханический резонатор теряет достаточно много энергии, двигаясь в жидкости. Но группа ученых из Cornell University, кажется, решила эту проблему. Полностью результаты их работы опубликованы в журнале Nano Lett.
Идея ученых заключается в том, что жидкостью необходимо заполнять небольшую полость в нанорезонаторе, окружая всю конструкцию вакуумом. Это гарантирует, что устройству не придется преодолевать сопротивление внешней среды. До сих пор подобный подход использовался на достаточно «крупных» (в наномаштабах) устройствах, размеры которых исчислялись микронами. Измерить при помощи таких «весов» можно было, к примеру, отдельные биологические клетки. А вот новые «весы» позволяют исследовать в 1000 раз более мелкие объекты. Кроме того, новое устройство имеет показатель качества около 800 (обычно подобные «измерительные приборы» характеризуются показателем качества от 1 до 10). Как объясняют «на пальцах» сами ученые, показатель качества идентифицирует, насколько чистый «тон» получается у нанорезонатора, «нагруженного» исследуемым объектом. Т.е. насколько легко будет измерять частоту его работы и, соответственно, рассчитывать массу объекта.
К слову, свой наномеханический резонатор исследователи создали благодаря поликристаллическому кремнию. «Струна» из этого материала «натягивалась» на промежутке, длиной 20 мкм. Далее она покрывалась обычным кремнием и азотировалась, после чего удалялся поликремний из центра «струны». В результате образовывался наномеханический резонатор, в центре которого находится канал для жидкости и, соответственно, исследуемого объекта.
Измерения показывают, что новый прибор имеет разрешение порядка 2 фемтограмм (10-15 грамм), что позволяет оценить массу единственной молекулы вируса в жидкости. В будущем, если удастся уменьшить размеры устройства или повысить стабильность частоты его работы, можно будет измерять даже вес отдельных молекул белка.
Подобные разработки имеют не только практический, но и фундаментальный смысл. Например, они позволят лучше исследовать опасные болезни (в частности, болезнь Альцгеймера).
