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
«Я любила сказочную музыку, и в этом ничего не поменялось»: Катя Шилоносова о поисках вдохновения и современных стриминговых сервисах «Я любила сказочную музыку, и в этом ничего не поменялось»: Катя Шилоносова о поисках вдохновения и современных стриминговых сервисах

Катя Шилоносова о детстве в Казани и очарованности московским «Детским миром»

Esquire
Нечеловеческий секс Нечеловеческий секс

Почему мы все еще занимаемся сексом по старинке – с живыми людьми?

Популярная механика
10 привычек, которые вредят твоей талии 10 привычек, которые вредят твоей талии

Мифы о здоровом питании и правильном образе жизни

Cosmopolitan
Лестница… не только для рыб Лестница… не только для рыб

Зачем рыбам лестница?

Наука и жизнь
«Я никому не нужен»: отчего возникает такая мысль и советы психолога, как от нее избавиться «Я никому не нужен»: отчего возникает такая мысль и советы психолога, как от нее избавиться

Как преодолеть ощущение собственной ненужности и негативное мышление

Playboy
От любви до ненависти От любви до ненависти

У Распутина были не только фанатичные обожатели, но и ярые противники

Дилетант
Ни зарплаты, ни отпусков: чем «карьера» жены и матери опаснее обычной работы Ни зарплаты, ни отпусков: чем «карьера» жены и матери опаснее обычной работы

Какой будет жизнь девушки, если она выберет роль жены, отказавшись от карьеры

Cosmopolitan
Шпион, пришедший с неба Шпион, пришедший с неба

В истории холодной войны начиналась новая, очень динамично написанная страница

Дилетант
Почему весной так хочется любви? Почему весной так хочется любви?

Почему после долгой зимы мы мечтаем о большой любви?

Psychologies
Затемнители и прагматики: почему борьба против закона о просвещении имеет смысл Затемнители и прагматики: почему борьба против закона о просвещении имеет смысл

Механизмы регулирования просветительской деятельности остаются неясными

Forbes
Как при помощи вирусов генетически видоизменяются живые организмы Как при помощи вирусов генетически видоизменяются живые организмы

Отрывок из книги «Я — паразит» Пьера Кернера

СНОБ
Если в кране нет воды Если в кране нет воды

Афладж – единственный водопровод горных деревень

Вокруг света
Ненавидит сигареты, не нужна для рождения детей: 8 странных фактов о шейке матки Ненавидит сигареты, не нужна для рождения детей: 8 странных фактов о шейке матки

Что ты знаешь о шейке матки — этом маленьком, но очень важном органе?

Cosmopolitan
«Курганец-25»: главные особенности бронемашины «Курганец-25»: главные особенности бронемашины

Курганец-25 — принципиально новый этап векового развития боевых машин России

Популярная механика
Одышка и несварение: 7 признаков рака яичников, которые не принимают всерьез Одышка и несварение: 7 признаков рака яичников, которые не принимают всерьез

Рак яичников часто протекает незаметно

Cosmopolitan
Не WhatsApp’ом единым: почему в мире столько мессенджеров и кто их использует Не WhatsApp’ом единым: почему в мире столько мессенджеров и кто их использует

Зачем нужно так много мессенджеров

Популярная механика
Facebook, ответьте: Почему Instagram на Android до сих пор сильно сжимает качество фото Facebook, ответьте: Почему Instagram на Android до сих пор сильно сжимает качество фото

Почему Instagram не решил проблему низкого качества публикуемых фото на Android

Популярная механика
Химерные крысы произвели мышиные сперматозоиды Химерные крысы произвели мышиные сперматозоиды

Создание химерных животных позволит поддерживать численность вымирающих видов

N+1
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
10 технологий будущего, зарождающихся уже сегодня 10 технологий будущего, зарождающихся уже сегодня

Новые технологии появляются каждый год, неизменно приближая будущее

Популярная механика
300 километров по льду 300 километров по льду

Чему нас учит школа зимнего вождения?

Популярная механика
Бактерии научились использовать квантовую механику для защиты от токсинов Бактерии научились использовать квантовую механику для защиты от токсинов

Ученые узнали, как бактерия предотвращает разрушение фотосинтетического аппарата

Популярная механика
Плачь, детка, плачь Плачь, детка, плачь

В чем причина того, что мы плачем часто или не плачем вовсе?

Лиза
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
Что ели в Древнем Китае Что ели в Древнем Китае

Рецепты, по которым готовили в Древнем Китае

СНОБ
Почему смартфоны разряжаются на морозе, и что с этим делать Почему смартфоны разряжаются на морозе, и что с этим делать

Почему смартфоны могут перестать работать при минусовых температурах?

Популярная механика
Да будет цвет Да будет цвет

Смелые дизайнерские идеи Марии Степановой

AD
Автомобили постсоветского пространства: Армения, Киргизия и так далее Автомобили постсоветского пространства: Армения, Киргизия и так далее

Автомобили бывших стран СССР: о специфике автопрома Армении и Киргизии

Популярная механика
Дипфейки и нейросети: как могут быть использованы голосовые данные из Clubhouse Дипфейки и нейросети: как могут быть использованы голосовые данные из Clubhouse

Что можно сделать с голосовыми данными из соцсетей и кому они нужны?

Forbes
Открыть в приложении