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

Кто вы, доктор Арендт? Кто вы, доктор Арендт?

Загадка, уходящая своими корнями в XIX столетие

Дилетант
Больше, чем поэт Больше, чем поэт

Как русская девочка стала английским поэтом-миллионером

Tatler
Электрическое поле помогает алмазам расти Электрическое поле помогает алмазам расти

С 1950-х годов алмазы получают искусственно

Наука и жизнь
На Байкале запустили глубоководный нейтринный телескоп. Крупнейший в Северном полушарии На Байкале запустили глубоководный нейтринный телескоп. Крупнейший в Северном полушарии

Строительство объекта длилось с 2015 года, а сам проект стал международным

Популярная механика
Сидящие под дождём Сидящие под дождём

У насекомых и пауков особые взаимоотношения с окружающим миром

Наука и жизнь
«Равный доступ к счастью возможен»: чем занимаются эксперты по устойчивому развитию в больших компаниях «Равный доступ к счастью возможен»: чем занимаются эксперты по устойчивому развитию в больших компаниях

Ольга Лучина — о том, с чего начать изменение корпоративной культуры

Forbes
Бегство наследника Бегство наследника

Алексей Петрович так боялся отца, что в итоге сбежал за границу

Дилетант
В экспериментах на на Большом адронном коллайдере найдены 4 новых субатомных частицы В экспериментах на на Большом адронном коллайдере найдены 4 новых субатомных частицы

С помощью БАК обнаружили 59 новых частиц-адронов, в том числе бозон Хиггса

Популярная механика
«Макаки с коекаками» «Макаки с коекаками»

Информационная война шла на всём протяжении реальной Русско-японской войны

Дилетант
Раз и навсегда! Щадящие бьюти-процедуры эффект от которых максимально долог Раз и навсегда! Щадящие бьюти-процедуры эффект от которых максимально долог

Самые актуальные процедуры салонов красоты

Cosmopolitan
Генная терапия облегчила боль у мышей Генная терапия облегчила боль у мышей

Ученые с помощью генной терапии смогли снизить болевую чувствительность у мышей

N+1
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
Связь установлена Связь установлена

Альба Рорвахер уверена: с годами люди не могут утратить способность влюбляться

Grazia
Газлайтинг: как распознать психологические манипуляции и противостоять им Газлайтинг: как распознать психологические манипуляции и противостоять им

Как понять, что вы имеете дело с газлайтером?

РБК
«Я ревнива до умопомрачения!»: Ходченкова, Брежнева и другие недоверчивые звезды «Я ревнива до умопомрачения!»: Ходченкова, Брежнева и другие недоверчивые звезды

Звезды шоу-бизнеса рассказали, как у них обстоят дела с вопросом доверия

Cosmopolitan
5 историй из жизни Галины Улановой 5 историй из жизни Галины Улановой

Истории из жизни Галины Улановой, свидетелями которых были личные вещи балерины

Культура.РФ
Почему человечество погубят удовольствия. Эссе Олдоса Хаксли Почему человечество погубят удовольствия. Эссе Олдоса Хаксли

Олдос Хаксли: опасность, которая по-настоящему угрожает людям, исходит изнутри

Esquire
10 самых плохих российских фильмов. Издание третье, исправленное и дополненное 10 самых плохих российских фильмов. Издание третье, исправленное и дополненное

Отечественное кино не прекращает попыток нащупать дно

Maxim
Хабенский, Шепелев и другие мужчины, которые обрели счастье после гибели жены Хабенский, Шепелев и другие мужчины, которые обрели счастье после гибели жены

Знаменитости, которые потеряли жён, но потом встретили свое счастье

Cosmopolitan
Xiaomi обыграла Трампа: Почему у США не получилось повторить с Xiaomi историю Huawei Xiaomi обыграла Трампа: Почему у США не получилось повторить с Xiaomi историю Huawei

Как Xiaomi удалось избежать судьбу Huawei в США

Популярная механика
Телескоп Gaia отыскал у скопления Гиад два приливных хвоста Телескоп Gaia отыскал у скопления Гиад два приливных хвоста

Однако открытие еще необходимо подвердить

N+1
«Страшно потерять жизнь и здоровье, деньги — нет». Главное из интервью основателя Revolut Николая Сторонского Олегу Тинькову «Страшно потерять жизнь и здоровье, деньги — нет». Главное из интервью основателя Revolut Николая Сторонского Олегу Тинькову

Основатель Revolut — о том, как Revolut удалось добиться такого результата

Inc.
Бросила жениха и отстояла маленькую грудь: удивительные факты о Кире Найтли Бросила жениха и отстояла маленькую грудь: удивительные факты о Кире Найтли

Кира Найтли стала иконой стиля и прославилась дерзким характером

Cosmopolitan
Миллионер из Аксу: как бывший железнодорожник из Казахстана Иманбек Зейкенов получил «Грэмми» Миллионер из Аксу: как бывший железнодорожник из Казахстана Иманбек Зейкенов получил «Грэмми»

Как обычный парень сделал композицию, которая заняла первое место в чартах

Forbes
«Надо перестать стесняться»: предприниматель выставил валенки на Kickstarter, чтобы сделать их популярными за рубежом «Надо перестать стесняться»: предприниматель выставил валенки на Kickstarter, чтобы сделать их популярными за рубежом

На Kickstarter появился проект Voylok, собирающий деньги на валенки

VC.RU
Как правильно передать компанию преемнику. 5 уроков от Джеффа Безоса Как правильно передать компанию преемнику. 5 уроков от Джеффа Безоса

5 шагов, чтобы выбрать себе преемника

Inc.
Набравшие вес морские слоны предпочли сон ночным кормлениям Набравшие вес морские слоны предпочли сон ночным кормлениям

Морские слоны вынуждены делать выбор между ночным кормлением и отдыхом

N+1
Три вопроса, которые помогут нам пробудить свою сексуальность Три вопроса, которые помогут нам пробудить свою сексуальность

Что сделать, чтобы вернуть себе страсть, желание и не стесняться своих чувств?

Psychologies
Ученые подтвердили преобладание выбросов парниковых газов в тропиках Амазонки Ученые подтвердили преобладание выбросов парниковых газов в тропиках Амазонки

Переломный момент для эмиссии углекислого газа наступил еще в 2007 году

N+1
Сельдерей заслуживает хлопот! Сельдерей заслуживает хлопот!

Вы любите сельдерей?

Наука и жизнь
Открыть в приложении