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

Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Метаболическая диета: ускоряем обмен веществ! Метаболическая диета: ускоряем обмен веществ!

Специальную диету, которая поможет тебе нормализовать метаболизм

Cosmopolitan
Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
Американцы создали универсальную станцию замены аккумуляторов электромобилей Американцы создали универсальную станцию замены аккумуляторов электромобилей

Ample разработала систему зарядки, совместимую с разными электромобилями

N+1
Забойная фантастика Забойная фантастика

Как на развитие жанра космической научной фантастики повлияла сырьевая экономика

Вокруг света
«Нужны люди, готовые биться головой о кирпичную стену». Режиссер Илья Найшуллер о фильме «Никто», новой этике и песне «Бухгалтер» «Нужны люди, готовые биться головой о кирпичную стену». Режиссер Илья Найшуллер о фильме «Никто», новой этике и песне «Бухгалтер»

Илья Найшуллер — о вызовах времени и будущем кино

СНОБ
Недопустимый TON Недопустимый TON

Криптовалютный проект Павла Дурова был высоко оценен инвесторами

Forbes
Численность редких мексиканских волков в США удвоилась за пять лет Численность редких мексиканских волков в США удвоилась за пять лет

Специалисты насчитали 186 диких мексиканских волков

N+1
Запад нам помог Запад нам помог

Помощь «империалистических хищников» спасла миллионы жизней советских граждан

Дилетант
Незаметное похудение: как мы сжигаем калории, не зная об этом Незаметное похудение: как мы сжигаем калории, не зная об этом

Человеческий организм — штука крайне сложная и умная

Cosmopolitan
«Кибиточное состояние»: Гузель Яхина — о советском человеке, медиа-скандалах и тяжелых компромиссах «Кибиточное состояние»: Гузель Яхина — о советском человеке, медиа-скандалах и тяжелых компромиссах

Гузель Яхина — роман о голоде, от которого читатель получит удовольствие

Forbes
Бодипозитив не заставляет нас переедать: мнение психолога Бодипозитив не заставляет нас переедать: мнение психолога

Влияние извне не заставит нас заедать проблемы, если мы умеем справляться с ними

Psychologies
Пластическая хирургия в СССР: какие операции делали Орлова, Мордюкова, Гурченко Пластическая хирургия в СССР: какие операции делали Орлова, Мордюкова, Гурченко

С чего начиналась пластическая хирургия в нашей стране

Cosmopolitan
В ожидании космического отпуска В ожидании космического отпуска

Самые реальные варианты космического туризма

Популярная механика
Быть человеком Быть человеком

Что в нашем поведении определяется биологией, а что – жизнью в социуме?

Psychologies
Завышенные ожидания Завышенные ожидания

Квартира, в которой все устроено на самом высоком уровне

AD

Глава из книги о детском чтении, посвященная проблеме дислексии

Esquire
«Что выросло, то выросло»: родителям пора перестать во всем себя винить «Что выросло, то выросло»: родителям пора перестать во всем себя винить

На формирование ребенка, помимо родителей, влияет множество факторов

Psychologies
Весеннее обострение: как безопасно выехать на дорогу после «зимней спячки» Весеннее обострение: как безопасно выехать на дорогу после «зимней спячки»

Выезжаем на встречу весне не спеша и в соответствии с ПДД

GQ
Как принять себя и полюбить: руководство по заботе о классном парне по имени «ты» Как принять себя и полюбить: руководство по заботе о классном парне по имени «ты»

Чем вредно отсутствие любви к себе?

Playboy
Как казахский железнодорожник стал мировой звездой: история Иманбека Зейкенова Как казахский железнодорожник стал мировой звездой: история Иманбека Зейкенова

Еще совсем недавно имя Иманбека Зейкенова вам вряд ли о чем-то сказало бы

Cosmopolitan
Как выбрать микроволновку и на что обратить внимание при покупке Как выбрать микроволновку и на что обратить внимание при покупке

Лайфхаки и советы для тех, кто выбирает микроволновку

CHIP
Что общего у фильма «Никто» и «Джона Уика» Что общего у фильма «Никто» и «Джона Уика»

Как Илье Найшуллеру удалось снять настоящий голливудский боевик

GQ
8 актеров, которых уволили прямо во время съемок (и, наверное, к лучшему) 8 актеров, которых уволили прямо во время съемок (и, наверное, к лучшему)

Увольнения актеров происходили по самым разным причинам

Playboy
Звездные мачехи: Ионова, Бородина и другие россиянки, полюбившие детей мужа Звездные мачехи: Ионова, Бородина и другие россиянки, полюбившие детей мужа

Эти знаменитые красотки смогли принять детей супруга от прошлого союза

Cosmopolitan
Нарциссизм и высокая самооценка: в чем разница? Нарциссизм и высокая самооценка: в чем разница?

Как не спутать нарциссизм и уверенность в себе

Psychologies
Что такое дородовый патронаж беременной? Что такое дородовый патронаж беременной?

Зачем проводится дородовый патронаж

9 месяцев
Звездные отчимы: российские артисты, вырастившие детей жены от прошлого брака Звездные отчимы: российские артисты, вырастившие детей жены от прошлого брака

Иван Ургант, Иосиф Пригожин и другие звезды, которые приняли детей своих жён

Cosmopolitan
Биологи создали карту будущих открытий новых видов позвоночных Биологи создали карту будущих открытий новых видов позвоночных

Больше всего неописанных видов оказалось среди рептилий тропических лесов

N+1
Земфира, ABBA, Фрэнк Синатра: какую музыку слушают героини Forbes Woman Земфира, ABBA, Фрэнк Синатра: какую музыку слушают героини Forbes Woman

Топ-менеджеры «2ГИС», «Сбера» и других компаний делятся своими плейлистами

Forbes
Открыть в приложении