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

Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
Строим трансформатор Теслы на дому Строим трансформатор Теслы на дому

Резонансный трансформатор, известный также как «катушка Теслы»

Популярная механика
Первичный фосфор для первичной жизни Первичный фосфор для первичной жизни

Aосфор — один из важнейших химических элементов, из которых строятся организмы

Наука и жизнь
Максим Матвеев: «Лучше сейчас рискнуть, чем потом жалеть» Максим Матвеев: «Лучше сейчас рискнуть, чем потом жалеть»

Максим Матвеев — о безрассудстве, сыновьях и ворованном дорожном знаке

Cosmopolitan
Лишённые отчизны Лишённые отчизны

Как происходило принудительное переселение народов Кавказа из родных мест

Дилетант
Эстонская диета для сильных духом: как скинуть 5 кг за шесть дней Эстонская диета для сильных духом: как скинуть 5 кг за шесть дней

Особенности эстонской диеты, которая помогает скинуть 5 кг за шесть дней

Cosmopolitan
Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке

Первооткрыватель Австралии и Новой Зеландии, оружие и обед туземцев

Вокруг света
Анализ цирконов указал на низкую роль тектоники плит в формировании древнего суперконтинента Анализ цирконов указал на низкую роль тектоники плит в формировании древнего суперконтинента

Палеопротерозойский суперконтинент Нуна мог возникнуть за счет магматизма

N+1
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Мазепа: гетман, меценат, изменник Мазепа: гетман, меценат, изменник

Иван Мазепа — гетман, интриган и политик, совершивший роковые ошибки

Дилетант
Все о звездах сериала Все о звездах сериала

Что происходит в личной жизни актеров, сыгравших в популярном ситкоме?

Cosmopolitan
Чей в море мех? Чей в море мех?

История о том, как люди договорились не истреблять морских котиков

Вокруг света
«Хаббл» рассмотрел комету-трансформер «Хаббл» рассмотрел комету-трансформер

Астрономы изучили комету, которая изначально была троянским астероидом

N+1
Функциональная МРТ указала на два пути формирования алкоголизма в мозге подростков Функциональная МРТ указала на два пути формирования алкоголизма в мозге подростков

К выпивке подростков побуждает повышенное включение защитных реакций

N+1
Перекачанные лица, или Overfilling: как выходят и чем грозят, знает косметолог Перекачанные лица, или Overfilling: как выходят и чем грозят, знает косметолог

Зачем так надуваться? Психологическая проблема или ошибка пластического хирурга?

Cosmopolitan
7 нон-фикшн книг, которые увлекут подростка 7 нон-фикшн книг, которые увлекут подростка

Подборка нон-фикшн произведений для подростков

Популярная механика
Уйди, противный: как устроена профессия экзорциста Уйди, противный: как устроена профессия экзорциста

Главный итальянский экзорцист рассказывает, как вырвать душу из рук Сатаны

Esquire
Шопинг-терапия для парней: 7 вещей, которые стоит купить сразу после расставания Шопинг-терапия для парней: 7 вещей, которые стоит купить сразу после расставания

Эти штуки помогут тебе быстрее ожить после болезненного разрыва

Playboy
Чем закончились популярные сериалы, которые шли по телевизору годами Чем закончились популярные сериалы, которые шли по телевизору годами

Осторожно, долгожданные спойлеры!

Maxim
«Устала я воевать, детка»: истории пяти героинь Великой Отечественной войны «Устала я воевать, детка»: истории пяти героинь Великой Отечественной войны

Пять историй женщин, которые воевали в Великую Отечественную войну

Cosmopolitan
Физики подтвердили полиморфизм льда и открыли лед-XIX Физики подтвердили полиморфизм льда и открыли лед-XIX

Физики нашли новую кристаллическую фазу воды при высоком давлении

N+1
В чертах лица латиноамериканцев обнаружили наследие денисовцев В чертах лица латиноамериканцев обнаружили наследие денисовцев

Ученые из 13 стран выявили у латиноамериканцев гены, связанные с чертами лица

N+1
Хлороиндазол восстановил зрительные пути мышей с рассеянным склерозом Хлороиндазол восстановил зрительные пути мышей с рассеянным склерозом

Хлороиндазол восстановил миелин отростков нейронов зрительного пути у мышей

N+1
9 правил полезного ужина 9 правил полезного ужина

Эти простые условия помогут быстро и без усилий избавиться от лишнего веса

Лиза
Почему одним женщинам дарят подарки, а другим нет? Знает Михаил Лабковский Почему одним женщинам дарят подарки, а другим нет? Знает Михаил Лабковский

Михаил Лабковский: понять, почему вам не дарят подарки, очень просто

Cosmopolitan
Свет заставил полимерные диски левитировать в условиях мезосферы Свет заставил полимерные диски левитировать в условиях мезосферы

Ученые изготовили полимерные диски, способные летать в вакууме

N+1
Физики-теоретики сузили диапазон возможных масс частиц темной материи Физики-теоретики сузили диапазон возможных масс частиц темной материи

Это может пригодиться экспериментаторам в поисках темных частиц

N+1
Nissan Qashqai заходит на третий круг Nissan Qashqai заходит на третий круг

Твоя будущая бывшая машина уже здесь

Maxim
Бенедикт Камбербэтч: «Дети – лучший якорь в нашем плаванье» Бенедикт Камбербэтч: «Дети – лучший якорь в нашем плаванье»

Трудно поверить, но Бенедикт Камбербэтч считает себя личностью вполне заурядной

Psychologies
Как поддерживать сотрудников, когда на улицах бьют и «винтят» людей Как поддерживать сотрудников, когда на улицах бьют и «винтят» людей

Что нужно делать, чтобы вывести свою команду на новый уровень сплоченности

Inc.
Открыть в приложении