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

Цветок забвения Цветок забвения

Иван-чай узколистный — многолетнее травянистое растение из семейства Кипрейные

Наука и жизнь
Женщина, пытавшаяся забеременеть целый год, оказалась биологическим мужчиной Женщина, пытавшаяся забеременеть целый год, оказалась биологическим мужчиной

Женщина из Китая в 25 лет узнала, что биологически она является мужчиной

National Geographic
Кремний с нанопорами — материал с неисчерпаемыми возможностями Кремний с нанопорами — материал с неисчерпаемыми возможностями

Нанопористый кремний — перспективный материал для микроэлектроники и биомедицины

Наука и жизнь
3 научных способа повысить креативность 3 научных способа повысить креативность

Как все-таки заставить наш мозг работать на нас, когда дело касается творчества?

Psychologies
Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки

Когда на Земле был единичный катастрофический космогенный процесс

Наука и жизнь
Как закалялась дамасская сталь Как закалялась дамасская сталь

Пять вопросов в связи с десятилетием войны в Сирии

РБК
Ученики он-лайн Ученики он-лайн

На смену школьным классам приходит виртуальная учеба

Огонёк
7 экологичных способов использования кофейной гущи 7 экологичных способов использования кофейной гущи

Кофейная гуща — полезный и универсальный продукт

РБК
Обитатели ледяных лун Обитатели ледяных лун

В каких уголках солнечной системы может скрываться внеземная жизнь?

Вокруг света
«Сверху падают ножи, снизу клацают зубами крокодилы»: как стать профессионалом в «третьем секторе» «Сверху падают ножи, снизу клацают зубами крокодилы»: как стать профессионалом в «третьем секторе»

Благотворители рассказывают, что помогало им профессионально расти

Forbes
Древних индейцев Атакамы уличили в покупке и содержании попугаев из Амазонии Древних индейцев Атакамы уличили в покупке и содержании попугаев из Амазонии

Древние индейцы Атакамы держали ара, амазонов и аратинг

N+1
«Твиттер» обсуждает ужасные вещи, которые почему-то всем нравятся «Твиттер» обсуждает ужасные вещи, которые почему-то всем нравятся

Стыдные вещи, которые тем не менее всем нравятся

Maxim
Извлеките пользу из вашей зависти к другим Извлеките пользу из вашей зависти к другим

Избавиться от зависти невозможно, но она может нам пригодиться

Psychologies
Поезд в революцию Поезд в революцию

О книге Кэтрин Мерридейл «Ленин в поезде»

Эксперт
Травма постсоветского родителя: почему мы паникуем из-за того, что дети мало читают Травма постсоветского родителя: почему мы паникуем из-за того, что дети мало читают

Глава из книги Риммы Раппопорт «Читай не хочу»

Forbes
Путешествие к принятию смерти: зачем из драмы «Супернова» вырезали несколько сцен Путешествие к принятию смерти: зачем из драмы «Супернова» вырезали несколько сцен

Прокат фильма «Супернова» — печальная история цензуры в России

Forbes
Уникальную окаменелость динозавра нашли над кладкой яиц Уникальную окаменелость динозавра нашли над кладкой яиц

Очередное доказательство того, что динозавры были заботливыми родителями

National Geographic
В организме человека нашли 55 новых химических веществ В организме человека нашли 55 новых химических веществ

К сожалению, себя мы знаем далеко не как собственные пять пальцев

National Geographic
Вот это мозг: 5 захватывающих книг о нейробиологии Вот это мозг: 5 захватывающих книг о нейробиологии

Подборка бестселлеров о работе самого загадочного органа

Популярная механика
Как сохранить любовь: 9 советов от 93-летнего психолога Как сохранить любовь: 9 советов от 93-летнего психолога

Как не растратить чувство в череде бытовых проблем и собственных сомнений?

Psychologies
О зверятах и не только: новая книга сказок познакомит детей с окружающим миром О зверятах и не только: новая книга сказок познакомит детей с окружающим миром

Глава из книги «Психология окружающего мира. Дуня и кот Кисель на конюшне»

Psychologies
Ботва экстрасенсов. Раз и навсегда разоблачаем телепатов, медиумов и прочих шарлатанов Ботва экстрасенсов. Раз и навсегда разоблачаем телепатов, медиумов и прочих шарлатанов

Разоблачение шарлатанов, которые выдают себя за экстрасенсов!

Maxim
Депортация чеченцев и ингушей глазами свидетелей Депортация чеченцев и ингушей глазами свидетелей

В 1944 году почти полмиллиона чеченцев и ингушей были депортированы

Arzamas
Аферистка, трактористка, трансгендер: история самой странной мошенницы ХХ века Аферистка, трактористка, трансгендер: история самой странной мошенницы ХХ века

Какой была самая удивительная мошенница Элизабет Кармайкл?

Cosmopolitan
Вместе до гробовой доски: история любви Майи Плисецкой и Родиона Щедрина Вместе до гробовой доски: история любви Майи Плисецкой и Родиона Щедрина

Долгая и красивая история любви Майи Плисецкой и Родиона Щедрина

Cosmopolitan
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
17 самых важных фотографий в космосе 17 самых важных фотографий в космосе

Фотографии, символизирующие то, как сбывалась мечта человечества о космосе

Esquire
С ней шутки плохи: почему ураганы принято называть женскими именами С ней шутки плохи: почему ураганы принято называть женскими именами

Почему разрушительным ураганам ученые присваивают женские имена

Популярная механика
Фридайвер Алексей Молчанов поставил новый рекорд на Байкале Фридайвер Алексей Молчанов поставил новый рекорд на Байкале

Он нырнул в озеро на 80 метров на одном дыхании

National Geographic
Трогательно до слез! Фильмы, в которых  любовь оказалась сильнее смерти Трогательно до слез! Фильмы, в которых  любовь оказалась сильнее смерти

Подборка фильмов, где любовь творит чудеса

Cosmopolitan
Открыть в приложении