Представьте, что вы пастух, которому нужно пересчитать овец в стаде

Наука и жизньНаука

Наносчётчик для «наноовец»

Представьте, что вы пастух, которому нужно пересчитать овец в стаде. На поле их пересчитать трудно: овцы похожи друг на друга и постоянно перемещаются. Выход? Собрать их в загон и выпускать по одной — стоя на воротах, вы всех пересчитаете...

Клаудио Габриэл Родригес, Лилия Юлдашева, Федеральный Университет Пернамбуко (Ресифи, Бразилия)

А теперь представим, что у вас есть жидкость с частицами какого-нибудь порошка, или с клетками, или с газовыми пузырьками, которые тоже нужно пересчитать. С ними можно поступить, как с овцами: перегонять из одного резервуара в другой через узкий проход. Глазом такие частицы не видны, но, если жидкость проводит электрический ток, их можно посчитать с помощью электричества. Эту идею впервые предложил американский инженер и изобретатель Уоллес Х. Коултер. Прибор под названием счётчик Коултера был запатентован в 1953 году.

Счётчик Коултера

1, 2 — две камеры с электролитом или водой. У ампулы, погружённой в стакан, в стенке есть микроотверстие для электрического тока и частиц. 3 — ртутный манометр для измерения давления. 4 — электроды. 5 — подсчёт частиц и оценка их размера проводится с помощью компьютера. Рисунок адаптирован из книги: Рабинович Ф. М. Кондуктометрический метод дисперсионного анализа. — Л.: 1970.

У счётчика есть две камеры: одна камера представляет собой стеклянную ампулу, помещённую в другую камеру. В стенке ампулы есть микроканал — микропора. В зависимости от размера подлежащих подсчёту частиц диаметр микроотверстия делают от 0,3 до 1600 мкм. В обе камеры наливают одинаковую токопроводящую жидкость (электролит). На электроды, один из которых погружён в жидкость в ампуле, а другой — в жидкость во внешней камере, подаётся напряжение, измеряется ток. В одну из камер добавляется взвесь частиц в том же электролите. Заряженные частицы (например, эритроциты) проникают через микроканал из одной камеры в другую под действием электрического поля. Незаряженные частицы можно заставить двигаться между двумя камерами, создавая повышенное давление на жидкость в одной из камер. Попадая в канал, частицы будут блокировать ток. Чем больше частиц, тем чаще они будут его блокировать, а чем больше по размеру отдельная частица, тем сильнее она будет блокировать ток (то есть выше будет амплитуда блокирования). Измеряя частоту блокировки и её амплитуду, можно понять, сколько и каких частиц содержится в растворе.

Такие счётчики широко используют в научных исследованиях, в клинической медицине (например, для подсчёта кровяных клеток), в промышленности. С помощью сменных ампул, различающихся диаметром микроотверстия, можно проводить дисперсионный анализ суспензий, эмульсий, газовых пузырьков в жидкостях с размерами частиц от 0,3 до 800 мкм. Разными вариантами счётчика Коултера анализируют взвеси порошков (пигментов, абразивов, пищевых продуктов и др.), контролируют процессы растворения, кристаллизации, коагуляции; определяют загрязнённость воды и других жидкостей с механическими примесями.

Клетки, газовые пузырьки, капельки жира в суспензии намного крупнее даже самых больших молекул. Если нужно посчитать именно молекулы, то микросчётчик уже не подойдёт. Конечно, есть старые добрые методы аналитической химии, когда в раствор добавляют специальный реагент, раствор меняет окраску, а по изменению окраски можно рассчитать, сколько вещества было в растворе. Но если химическую реакцию невозможно провести или же хочется обойтись без неё? Можно ли применить для молекул такой же подход с порой-счётчиком? Пора тут должна быть уже не микро-, а нано-, то есть «овцы» теперь стали в тысячу раз меньше.

На самом деле такие поры есть в каждой клетке — это белковые каналы разной специализации. Клеточные мембраны буквально усеяны порами, сконструированными из одной или нескольких молекул специальных белков, которые пронизывают всю толщину клеточной мембраны (около 1—4 нм). Некоторые белковые каналы пропускают только определённые ионы (например, ионы калия, натрия или кальция), другие приспособлены для больших и сложных молекул, таких, как нейромедиаторы. Без белковых нанопор клетка просто не выживет: они нужны, чтобы обмениваться веществами с окружающей средой и другими клетками.

Когда ион или какая-то иная молекула взаимодействует с каналом-порой, форма поровых белков немного меняется. Изменения в поре влияют на электрическую проводимость канала, а это уже можно зарегистрировать. Многие белки, которые образуют клеточные каналы-поры, достаточно хорошо изучены. Некоторые удалось встроить в искусственные фосфолипидные мембраны, где они формировали поры подобно тому, как если бы находились в настоящей клеточной мембране.

Белковые нанопоры могут работать счётчиком и сенсором, то есть указывать на присутствие в растворе того или иного вещества. Первые сообщения о нанопорах-сенсорах появились в середине 1990-х годов. Действующей частью в них выступали преимущественно бактериальные экзобелки, или экзотоксины.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
Жить или выживать: география малых городов России Жить или выживать: география малых городов России

Какими разными бывают малые города и что у них общего

N+1
О чём умолчали классики О чём умолчали классики

Давайте рассмотрим произведения русских писателей с точки зрения математики

Наука и жизнь
Викрам Паралкар: Ночной театр. Отрывок из романа Викрам Паралкар: Ночной театр. Отрывок из романа

Первая глава романа Викрама Паралкара о рутине сельского хирурга в Индии

СНОБ
Комсомольский комсомолец Комсомольский комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
От ресторанной певицы до модной дивы: эволюция стиля Любови Успенской От ресторанной певицы до модной дивы: эволюция стиля Любови Успенской

Как менялся стиль королевы шансона Любови Успенской

Cosmopolitan
Вокруг временщика Вокруг временщика

По мере атрибуции портретов иногда складываются целые группы персонажей

Дилетант
Когда и стены помогают Когда и стены помогают

Идеальный интерьер для твоего типа личности

Лиза
Миротворец-империалист Миротворец-империалист

Весь период правления Никита Сергеевич отчаянно боролся за мир

Дилетант
Физика будущего: CERN разрабатывает ловушку для антиматерии Физика будущего: CERN разрабатывает ловушку для антиматерии

ЦЕРН работает над способами хранения и транспортировки антивещества

Популярная механика
«Нельзя было надевать джинсы»: что нам запрещали делать мужчины «Нельзя было надевать джинсы»: что нам запрещали делать мужчины

Читательницы рассказали о странных требованиях, которые им выдвигали партнеры

Psychologies
Почему мы принимаем насилие за заботу и как это исправить Почему мы принимаем насилие за заботу и как это исправить

Как распознать насилие в отношениях?

Psychologies
Ученые разработали вещество, позволяющее создавать намного более энергоемкие и долговечные батареи Ученые разработали вещество, позволяющее создавать намного более энергоемкие и долговечные батареи

Близка к воплощению мечта физиком об аккумуляторах с цельнометаллическим анодом

Популярная механика
«Она всех дезинформирует!»: заявление Меган Маркл о тайной свадьбе опровергли «Она всех дезинформирует!»: заявление Меган Маркл о тайной свадьбе опровергли

Герцоги Сассекские заявили, что они обвенчались без свидетелей

Cosmopolitan
Легендарная крепость викингов — все секреты архитектуры Легендарная крепость викингов — все секреты архитектуры

Датские археологи обнаружили пятую кольцевую крепость викингов

Популярная механика
Голоса в голове: что чувствуют и думают люди с психическими расстройствами Голоса в голове: что чувствуют и думают люди с психическими расстройствами

Люди с психиатрическими диагнозами – о том, как на них влияют болезни

Cosmopolitan
Умная колонка подслушала сердцебиение Умная колонка подслушала сердцебиение

Это позволяет отслеживать нарушения вариабельности сердечного ритма

N+1
О зверятах и не только: новая книга сказок познакомит детей с окружающим миром О зверятах и не только: новая книга сказок познакомит детей с окружающим миром

Глава из книги «Психология окружающего мира. Дуня и кот Кисель на конюшне»

Psychologies
Гибель без крови Гибель без крови

Нехватка продовольствия не раз становилась причиной массовой гибели людей

Дилетант
Отражение в глазах выдало в фотографиях людей дипфейки Отражение в глазах выдало в фотографиях людей дипфейки

Исследователи обнаружили новый метод отличать дипфейк от реальности

N+1
Скульптурные торсы в деле: в Пушкинском сняли блокбастер с Дианой Вишневой Скульптурные торсы в деле: в Пушкинском сняли блокбастер с Дианой Вишневой

«Слепок» — фильм-балет, снятый в залах ГМИИ имени Пушкина

Forbes
Встречалась с русским принцем и не только: как Коко Шанель связана с Россией Встречалась с русским принцем и не только: как Коко Шанель связана с Россией

Россия сыграла немаловажную роль в жизни легендарной Коко Шанель

Cosmopolitan
Надо ли ужесточать наказание за сексуальные преступления против несовершеннолетних Надо ли ужесточать наказание за сексуальные преступления против несовершеннолетних

Как бороться с педофилией?

СНОБ
Выросла в нищете и рано потеряла отца: непростая судьба тиктокерши Вали Карнавал Выросла в нищете и рано потеряла отца: непростая судьба тиктокерши Вали Карнавал

2 года назад о девочке, открывающей рот под песни в TikTok, никто не знал

Cosmopolitan
10 самых дорогих фотографий в истории 10 самых дорогих фотографий в истории

Фото на любой кошелек! От миллиона до четырех миллионов долларов!

Maxim
Новозеландцы обманули хорьков и кошек птичьим запахом и защитили редких куликов Новозеландцы обманули хорьков и кошек птичьим запахом и защитили редких куликов

Простой трюк позволил повысить выживаемость кладок в 1,7 раза

N+1
Письмо на бумаге помогает лучше запоминать информацию, чем заметки на смартфоне, доказали нейробиологи Письмо на бумаге помогает лучше запоминать информацию, чем заметки на смартфоне, доказали нейробиологи

Письмо на бумаге лучше активизирует мозг и помогает эффективнее запоминать

Inc.
Калужский Фёдор — друг Шамиля Калужский Фёдор — друг Шамиля

3 марта исполняется 160 лет знаменитому Манифесту об отмене крепостного права

Дилетант
Как Бриджет Джонс обвалила продажи шардоне и еще 12 забавных историй о фильме Как Бриджет Джонс обвалила продажи шардоне и еще 12 забавных историй о фильме

Неожиданные факты о первом фильме про приключения Бриджет Джонс

Cosmopolitan
50 оттенков серого: эти 16 звезд не стесняются своей седины и не закрашивают ее 50 оттенков серого: эти 16 звезд не стесняются своей седины и не закрашивают ее

Кто из звезд не комплексует по поводу возраста и цвета волос?

Cosmopolitan
Открыть в приложении