Από αυτή την ιστορία
[×] ΚΛΕΙΣΤΕ
VIDEO: 36 ασυνήθιστες μονάδες μέτρησης - mental_floss στο YouTube (Ep.10)
Μικρογραφία με ηλεκτρονική σάρωση της συσκευής ζύγισης μορίων. Όταν ένα μόριο προσγειώνεται στο τμήμα που μοιάζει με γέφυρα στο κέντρο, δονείται σε μια συχνότητα που δείχνει τη μάζα του. Εικόνα μέσω Caltech / Scott Kelberg και Michael Roukes
Πόσο νομίζετε ότι ένα μόριο ζυγίζει; Ένα μόριο, το οποίο είναι μια ενιαία ομάδα δεσμευμένων ατόμων - τα δύο υδρογόνα και ένα οξυγόνο που συνθέτουν το H2O, για παράδειγμα - είναι σχεδόν ακατανόητα μικροσκοπικά. Ένα γραμμάριο νερού, το οποίο είναι περίπου 0, 64 ουγκιές, έχει 602, 214, 078, 000, 000, 000, 000, 000 μόρια. Τα μόρια, εν συντομία, είναι πραγματικά, πραγματικά, πολύ μικρά.
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες μπορούσαν να υπολογίσουν μόνο τη μάζα μεγάλων ομάδων μορίων, ιονίζοντας τους (δίνοντάς τους ένα ηλεκτρικό φορτίο) και στη συνέχεια να δουν πόσο ισχυρά αλληλεπιδρούν με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, μια τεχνική γνωστή ως φασματομετρία μάζας. Δεν είχαν όμως κανένα τρόπο να μετρήσουν τη μάζα ενός μορίου.
Αλλά χθες οι επιστήμονες από την Caltech ανακοίνωσαν την εφεύρεση μιας συσκευής που μετρά άμεσα τη μάζα ενός μεμονωμένου μορίου. Όπως περιγράφεται σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Nanotechnology, η μικροσκοπική συσκευή είναι χτισμένη γύρω από μια δομή που μοιάζει με γέφυρα και δονείται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα βασισμένη στη μάζα του μορίου πάνω από αυτήν. Με ακριβή παρακολούθηση της δόνησης της γέφυρας, μπορούν να προσδιορίσουν την ακριβή μάζα του μορίου.
"Η κρίσιμη πρόοδος που έχουμε κάνει σε αυτήν την τρέχουσα εργασία είναι ότι τώρα μας επιτρέπει να ζυγίζουμε μόρια - ένα-ένα - καθώς έρχονται», λέει ο Michael Roukes, ο ερευνητής της αρχής του εργαστηρίου που παρήγαγε το χαρτί. "Κανείς δεν έχει κάνει ποτέ αυτό πριν."
Με το γυμνό μάτι, η συσκευή είναι ουσιαστικά αόρατη - η κλίμακα στο κάτω μέρος της εικόνας μικροσκοπίου παραπάνω είναι μήκους δύο μικρών ή δύο εκατομμυρίων των μετρητών. Η δονητική γέφυρα στο κέντρο της είναι τεχνικά γνωστή ως νανοηλεκτρομηχανικός αντηχείο συστήματος και έχει αναπτυχθεί για πάνω από μια δεκαετία.
Σε προηγούμενες εργασίες, που δημοσιεύθηκαν το 2009, οι ερευνητές έδειξαν ότι μπορούσαν να μετρήσουν τη μάζα των σωματιδίων που ψεκάστηκαν πάνω στη συσκευή, αλλά με έναν περιορισμό: Δεν ήταν αρκετά ευαίσθητο για να μετρήσει μόνο ένα μόριο τη φορά. Επειδή η συγκεκριμένη θέση όπου ένα τεμαχισμένο σωματίδιο επηρέασε τη συχνότητα δόνησης και οι επιστήμονες δεν είχαν τρόπο να ξέρουν ακριβώς πού θα ήταν αυτό, έπρεπε να εφαρμόσουν αρκετές εκατοντάδες όμοια σωματίδια για να βρουν έναν μέσο όρο, ο οποίος αποκάλυψε τη μάζα.
Η πρόοδος κάνει χρήση μιας νέας διορατικότητας στον τρόπο με τον οποίο αλλάζει η συχνότητα δόνησης της γέφυρας όταν ψεκάζεται πάνω σε αυτό ένα μόριο. Οι δονήσεις εμφανίζονται ταυτόχρονα σε δύο λειτουργίες: Ο πρώτος τρόπος είναι ταλαντευόμενος από τη μία πλευρά στην άλλη, ενώ ο δεύτερος τρόπος εμφανίζεται με τη μορφή ενός ταλαντευόμενου κύματος σχήματος S που κινείται πάνω και κάτω από τη γέφυρα. Αναλύοντας ακριβώς πώς αλλάζει κάθε ένα από αυτά τα τρόπους όταν το μόριο χτυπά τη συσκευή, οι ερευνητές βρήκαν ότι θα μπορούσαν να καθορίσουν τη θέση του και, συνεπώς, την ακριβή μάζα του.
Στη μελέτη, οι ερευνητές κατέδειξαν την αποτελεσματικότητα του εργαλείου μετρώντας τη μάζα ενός μορίου που ονομάζεται ανοσοσφαιρίνη Μ, ή IgM, ένα αντίσωμα που παράγεται από ανοσιακά κύτταρα στο αίμα και μπορεί να υπάρχει σε διάφορες μορφές. Με τη ζύγιση κάθε μορίου, ήταν σε θέση να προσδιορίσουν ακριβώς ποιο είδος IgM ήταν, υπονοώντας πιθανές μελλοντικές ιατρικές εφαρμογές. Ένα είδος καρκίνου γνωστό ως μακρογλοβουλνουλιμία Waldenström, για παράδειγμα, αντανακλάται από μια συγκεκριμένη αναλογία μορίων IgM στο αίμα ενός ασθενή, έτσι ώστε τα μελλοντικά όργανα που βασίζονται στην αρχή αυτή να μπορούν να παρακολουθούν το αίμα για να ανιχνεύσουν ανισορροπίες αντισωμάτων ενδεικτικές του καρκίνου.
Οι επιστήμονες οραματίζονται επίσης αυτό το είδος συσκευής ως βοήθημα σε βιολογικούς ερευνητές που εξετάζουν το μοριακό μηχανισμό μέσα σε ένα κύτταρο. Δεδομένου ότι τα ένζυμα που οδηγούν τη λειτουργία ενός κυττάρου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις μοριακές προσκολλήσεις στην επιφάνεια τους, η ακριβής ζύγιση πρωτεϊνών σε διάφορους χρόνους και σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις κυτταρικές διεργασίες.
Η ομάδα προβλέπει ακόμη ότι η εφεύρεσή τους θα μπορούσε να έχει καθημερινές εμπορικές εφαρμογές. Οι περιβαλλοντικές οθόνες που παρακολουθούν τη ρύπανση από τα νανοσωματίδια στον αέρα, για παράδειγμα, θα μπορούσαν να ενεργοποιηθούν με συστοιχίες αυτών των δονητικών γεφυρών.
Σημαντικά, οι επιστήμονες λένε ότι η συσκευή κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας μεθόδους κατασκευής ημιαγωγών - το ίδιο που χρησιμοποιείται στα κοινά ηλεκτρικά κυκλώματα - έτσι ώστε να μπορεί θεωρητικά να κλιμακωθεί σε συσκευές που περιλαμβάνουν εκατοντάδες ή δεκάδες χιλιάδες αισθητήρες μονού μορίου που λειτουργούν ταυτόχρονα. «Με την ενσωμάτωση των συσκευών που κατασκευάζονται με τεχνικές για μεγάλης κλίμακας ολοκλήρωση, είμαστε σε καλό δρόμο για τη δημιουργία τέτοιων οργάνων», λέει ο Roukes.
