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

Девушка на Кубе Девушка на Кубе

Катя Бобкова позирует в горячей, солнечной и морской фотосессии

Maxim
OMAD-диета OMAD-диета

OMAD – одна из самых популярных на западе диет

Худеем правильно
Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Розовый цвет — миллениалам, желтый — зумерам: как бренды продают эстетику поколений Розовый цвет — миллениалам, желтый — зумерам: как бренды продают эстетику поколений

Почему маркетинг-стратегия эстетики поколений не сработала

Forbes
На понятном языке На понятном языке

Как появился Kotlin, и правда ли, что он идеален для программирования

Популярная механика
«Работают с удовольствием, но денег не дают»: молодые героини Forbes Woman — о том, что им мешает строить бизнес «Работают с удовольствием, но денег не дают»: молодые героини Forbes Woman — о том, что им мешает строить бизнес

Каково быть предпринимательницей в России

Forbes
Достопримечательность города Достопримечательность города

Бордели с человекоподобными куклами – новый тренд или это уже слишком?

Playboy
Умная колонка подслушала сердцебиение Умная колонка подслушала сердцебиение

Это позволяет отслеживать нарушения вариабельности сердечного ритма

N+1
Русский комиссар при Наполеоне Русский комиссар при Наполеоне

Как опрометчиво отдавать себя в руки врага, рассчитывая на его благородство!

Дилетант
Игра в защиту Игра в защиту

Героини нашего рейтинга лучших юристок Москвы

Tatler
Эротика со слезами: знаменитые кинопары, которые в жизни ненавидели друг друга Эротика со слезами: знаменитые кинопары, которые в жизни ненавидели друг друга

Съемки в откровенных сценах не всегда заканчиваются для актеров бурными романами

Cosmopolitan
Знойные красотки: как выглядят жены солистов легендарной группы Modern Talking Знойные красотки: как выглядят жены солистов легендарной группы Modern Talking

Как сложилась личная жизнь солистов группы Modern Talking

Cosmopolitan
Не только морковь: 11 продуктов для острого зрения Не только морковь: 11 продуктов для острого зрения

Продукты, которые положительно влияют на зрение

РБК
Как делать заметки и конспекты, чтобы лучше учиться Как делать заметки и конспекты, чтобы лучше учиться

Правильное ведение записей помогает эффективнее усваивать информацию

Psychologies
Секс-игрушки: максимально подробный гайд для новичков от Playboy Секс-игрушки: максимально подробный гайд для новичков от Playboy

Лучшие секс-игрушки для мастурбации и совместного использования в парах

Playboy
«Научите меня жить»: чем опасны готовые рецепты счастья от гуру «Научите меня жить»: чем опасны готовые рецепты счастья от гуру

Почему не существует простых решений для сложных вопросов?

Psychologies
Борис Скобелев: Почему люди смотрят скандальные ток-шоу Борис Скобелев: Почему люди смотрят скандальные ток-шоу

Какое отношение к фрикам в современном медиа?

СНОБ
Поющие бывшие и Мэрилин Монро: сериалы, которые  точно поднимут тебе настроение Поющие бывшие и Мэрилин Монро: сериалы, которые  точно поднимут тебе настроение

Если ты любишь «Ла-ла Лэнд», то тебе наверняка понравятся музыкальные сериалы

Cosmopolitan
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
На личном опыте: как ведут научные эксперименты на животных На личном опыте: как ведут научные эксперименты на животных

Животные, ежедневно жертвующие свои здоровье и жизнь ради научных открытий

Esquire
«Никогда не знаешь, когда тигр обратится против тебя»: опала Джека Ма напугала китайский бизнес «Никогда не знаешь, когда тигр обратится против тебя»: опала Джека Ма напугала китайский бизнес

Случай с Джеком Ма, впавшим в немилость властей, напугал предпринимателей

Forbes
Продукты, которые не едят диетологи Продукты, которые не едят диетологи

Что не едят специалисты по здоровому питанию и почему?

Cosmopolitan
Будь джентльменом: 6 способов порадовать женщин в своем окружении Будь джентльменом: 6 способов порадовать женщин в своем окружении

Радовать женщин можно не только 8 Марта, но и в другие дни

Playboy
«Возможно, мы сами — набор алгоритмов»: Кадзуо Исигуро о вере, правде и любви в эпоху искусственного интеллекта «Возможно, мы сами — набор алгоритмов»: Кадзуо Исигуро о вере, правде и любви в эпоху искусственного интеллекта

Интервью с нобелевским лауреатом Кадзуо Исигуро

Forbes
Разложение воды под действием ионизирующего излучения накормило морские бактерии Разложение воды под действием ионизирующего излучения накормило морские бактерии

Бактерии используют молекулярный водород как еду

N+1
Государственный человек: чем известен задержанный владелец компании «Биотэк» Борис Шпигель Государственный человек: чем известен задержанный владелец компании «Биотэк» Борис Шпигель

Высказывания Бориса Шпигеля по поводу бизнеса и власти

Forbes
100 лет подавлению Кронштадтского мятежа. Как против большевиков впервые выступили те, кто привел их к власти, — матросы 100 лет подавлению Кронштадтского мятежа. Как против большевиков впервые выступили те, кто привел их к власти, — матросы

Мятеж моряков Кронштадта — первое вооруженное восстание против большевиков

Esquire
«Не хватает маховика времени»: что мешает учителям использовать цифровые технологии «Не хватает маховика времени»: что мешает учителям использовать цифровые технологии

Отсутствие времени и доступной информации — главные проблемы учителей

Forbes
Художник превратился в торговца и перестал этого стесняться. Как соцсети подарили искусство народу Художник превратился в торговца и перестал этого стесняться. Как соцсети подарили искусство народу

Маркетинг и культура уже не исключают друг друга и смешались между собой

Esquire
Как компания Louis Vuitton построила... вертолет Как компания Louis Vuitton построила... вертолет

Неужели под маркой Louis Vuitton создавались летательные аппараты?

Популярная механика
Открыть в приложении