To urządzenie mierzy masę pojedynczych cząsteczek
Międzynarodowy zespół uczonych stworzył pierwsze w historii mechaniczne urządzenie do ważenia pojedynczych cząsteczek. Na czym polega jego działanie i gdzie uda się je wykorzystać?
Urządzenie jest niezwykle małe - mierzy zaledwie 2 mikrometry (dwie mln części metra) długości, a tworzy je podatna na drgania i przypominająca most struktura. Lądujące na nim cząsteczki wprawiają całość w wibracje, które informują naukowców jej masie. - Możemy zmierzyć masę każdej cząsteczki, która znajdzie się na urządzeniu. Nikomu nie udało się tego dokonać - komentują twórcy.
Ten niezwykły wynalazek jest rozwijany od 12 lat. Wcześniejsza wersja - NEMS - była w stanie dokonać podobnych pomiarów, ale wynik nie opisywał rzeczywistej masy cząsteczki. Otrzymywana wartość była różna w zależności od miejsca, w którym znajdował się badany obiekt. Jeżeli naukowcy nie znali tego miejsca, to konieczna była analiza około 500 identycznych cząsteczek. Dopiero w oparciu o wszystkie uzyskane wyniki można było oszacować masę pojedynczej. Ale zaprezentowane niedawno urządzenie jest wolne od tych niedoskonałości. Umożliwia dokładne i natychmiastowe zważenie obiektu.
Jest to możliwe dzięki analizie drogi, którą pokonuje cząsteczka wzdłuż mostu, wprawiając go przy tym w drgania. Wszystkie te ruchy podzielono na tzw. tryby drgań. Pierwszy oznacza, że urządzenie "kołysało" się na boki. Drugi opisuje wyższe częstotliwości, powstające kiedy obie połowy mostka przesuwają się w przeciwnych kierunkach. Tworzy się wtedy fala w kształcie litery S, która rozciąga się na całej długości mostka. Istnieją również tryby 3, 4, itd. Ruch cząsteczki może opisywać również kilka trybów. Jednakże masę i położenie danej cząsteczki można określić na podstawie obserwacji dwóch pierwszych trybów zmiany częstotliwości.
Sam pomiar odbywa się z wykorzystaniem spektroskopii masowej, która z kolei bazuje na jonizacji cząstek i ich oddziaływaniu z polem elektromagnetycznym. W związku z tym metoda nie sprawdza się w kontekście większych obiektów - np. białek lub wirusów, ponieważ trudniej nadać im ładunek. Przez to oddziaływanie z polem jest zbyt słabe, aby wykonać dokładny pomiar.
Urządzenie powstało przy użyciu standardowych i niedrogich technik, dzięki czemu szybko trafi do seryjnej produkcji. W konsekwencji skorzysta z niego wiele placówek badawczych na całym świecie. A twórcy już teraz podkreślają jego szerokie spektrum możliwości i zastosowań, np. w medycynie, biologii, chemii, fizyce, a nawet przy monitorowaniu stanu zanieczyszczenia środowiska.
