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

Дети декабря Дети декабря

Декабристы — безумцы, герои, предатели или лучшие сыны нации?

Дилетант
Как за 5 минут выучить что угодно навсегда Как за 5 минут выучить что угодно навсегда

Метод флэш-карточек — лучший способ тренировать память

Inc.
Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Самые роскошные особняки голливудских звезд: где живут Джоли, Маркл и другие Самые роскошные особняки голливудских звезд: где живут Джоли, Маркл и другие

Дома знаменитостей - это шедевры архитектуры за миллионы долларов

Cosmopolitan
Настя Ивлеева Настя Ивлеева

Настя Ивлеева: «Цифровая реальность – это в высшей степени сексуально!»

Playboy
5 девушек в IT-индустрии, ломающих стереотипы о «неженских» профессиях 5 девушек в IT-индустрии, ломающих стереотипы о «неженских» профессиях

IT-профессии все еще многим кажутся «неженскими»

Cosmopolitan
15 способов нравиться людям 15 способов нравиться людям

15 общеизвестных банальных правил: как нравиться людям

Maxim
Отрывок из книги Киры Ярмыш, презентацию которой исключили из программы ярмарки Non/fiction Отрывок из книги Киры Ярмыш, презентацию которой исключили из программы ярмарки Non/fiction

Фрагмент из книги Киры Ярмыш «Невероятные происшествия в женской камере №3»

СНОБ
«Вар! Верни легионы!» «Вар! Верни легионы!»

Одно из самых унизительных поражений римской армии

Дилетант
Пьяные мыши потеряли координацию из-за окисления спирта в мозжечке Пьяные мыши потеряли координацию из-за окисления спирта в мозжечке

Фермент ацетальдегиддегидрогеназа — виновник моторных нарушений у выпивших мышей

N+1
Между пчелой и барсуком: почему один и тот же человек ведет себя то как альтруист, то как сволочь Между пчелой и барсуком: почему один и тот же человек ведет себя то как альтруист, то как сволочь

Статья о добре и зле, объясняющая, почему мы все хорошие, хотя иногда и плохие

Maxim
«Цифровой след оставляют все» «Цифровой след оставляют все»

Слияние данных из разных источников — технология и настоящего, и будущего

Forbes
Вопросы урологу о самом главном Вопросы урологу о самом главном

Эксперт в области мужского здоровья отвечает на важные вопросы

Playboy
5 признаков здорового стартапа. Неочевидные советы от инвестора 5 признаков здорового стартапа. Неочевидные советы от инвестора

5 неочевидных вещей, которые сделают стартап привлекательным для инвесторов

Inc.
“Влюбляясь, мы встречаемся с собой“ “Влюбляясь, мы встречаемся с собой“

Когда союз с другим мешает контакту с собой и когда способствует?

Psychologies
Новые Медичи Новые Медичи

Глава Tod’s Диего Делла Валле выделил €25 млн на реставрацию римского Колизея

Forbes
«Ищите негативные отзывы, особенно от друзей»: правила Илона Маска «Ищите негативные отзывы, особенно от друзей»: правила Илона Маска

Правила бизнеса от Илона Маска

Forbes
«От чего ты устала?» Диалог на пути к вовлеченному отцовству «От чего ты устала?» Диалог на пути к вовлеченному отцовству

Как диалог может помочь понять мужчинам, почему важно вовлеченное отцовство

СНОБ
«Запас карман не тянет»: как подстраховаться на случай кризиса «Запас карман не тянет»: как подстраховаться на случай кризиса

Что делать и чего категорически делать не надо, если вы хотите подстраховаться

Psychologies
Предупреждение для игроков: о чем говорит крах фонда Archegos Capital Предупреждение для игроков: о чем говорит крах фонда Archegos Capital

Триггером краха на рынке может стать любая плохая новость

Forbes
5 причин пересмотреть «50 оттенков серого» 5 причин пересмотреть «50 оттенков серого»

Пора вновь заглянуть в тайную комнату мистера Грея!

Cosmopolitan
Калужский Фёдор — друг Шамиля Калужский Фёдор — друг Шамиля

3 марта исполняется 160 лет знаменитому Манифесту об отмене крепостного права

Дилетант
Извержение Везувия 2000 лет назад законсервировало церемониальную повозку древних римлян Извержение Везувия 2000 лет назад законсервировало церемониальную повозку древних римлян

На раскопках обнаружена хорошо сохранившаяся в окаменевшем пепле повозка

N+1
Квантовый ключ преодолел расстояние в 511 километров Квантовый ключ преодолел расстояние в 511 километров

Квантовая криптография пока все еще далека от массового распространения

N+1
Каршеринг заблокировал мою машину. Что делать? Каршеринг заблокировал мою машину. Что делать?

Куда звонить и от кого ждать помощи, если каршеринг перекрыл дорогу

РБК
«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
ГАЗ, «Москвич» и другие: 5 самых крутых советских внедорожников ГАЗ, «Москвич» и другие: 5 самых крутых советских внедорожников

Машины, ставшие прародителями для нынешних кроссоверов и внедорожников

РБК
5 хитов Башкирии 5 хитов Башкирии

От горнолыжных курортов до горячих источников – все развлечения Башкирии

Лиза
Любовь, море, восток: 10 прекраснейших турецких сериалов Любовь, море, восток: 10 прекраснейших турецких сериалов

Топ лучших турецких сериалов

Cosmopolitan
Опьяненные любовью подростки: Ромео и Джульетта глазами психотерапевта Опьяненные любовью подростки: Ромео и Джульетта глазами психотерапевта

Отрывок из книги «Герои книг на приеме у психотерапевта»

СНОБ
Открыть в приложении