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

Распилить все поровну Распилить все поровну

Мадагаскар – одна из беднейших стран в мире

Вокруг света
8 фактов о языке, которые нужно узнать, прежде чем ты сядешь обедать 8 фактов о языке, которые нужно узнать, прежде чем ты сядешь обедать

Представляешь, для некоторых счастливчиков вкус колбасы в десять раз колбаснее!

Maxim
О чём умолчали классики О чём умолчали классики

Давайте рассмотрим произведения русских писателей с точки зрения математики

Наука и жизнь
Как скрыть друзей в ВК от других пользователей Как скрыть друзей в ВК от других пользователей

Как скрыть друзей в ВК через компьютер или смартфон на Android или iOS

CHIP
Античный герой Античный герой

Кого люди будут вспоминать через столетия?

Популярная механика
Лагерная кружка Сергея Королёва Лагерная кружка Сергея Королёва

Обыкновенная, кое-как сделанная металлическая кружка с грубо приклёпанной ручкой

Дилетант
Сталин и генералы Сталин и генералы

В отношениях с красными генералами Сталин сочетал мстительность и утилитарность

Дилетант
Доказательство от спортивного Доказательство от спортивного

Александр Добровинский играет в игры с людьми, которые играют в гольф

Tatler
Переговоры между военными делегациями КНДР и Республики Корея Переговоры между военными делегациями КНДР и Республики Корея

Пханмунчжом, 1983 год

Дилетант
Не женское дело? Не женское дело?

Сегодня женщины все чаще выбирают профессии, которые принято считать мужскими

Лиза
10 главных вопросов о посудомоечных машинах: отвечает производитель 10 главных вопросов о посудомоечных машинах: отвечает производитель

Отвечаем на самые популярные вопросы о посудомоечных машинах

CHIP
«Страшно потерять жизнь и здоровье, деньги — нет». Главное из интервью основателя Revolut Николая Сторонского Олегу Тинькову «Страшно потерять жизнь и здоровье, деньги — нет». Главное из интервью основателя Revolut Николая Сторонского Олегу Тинькову

Основатель Revolut — о том, как Revolut удалось добиться такого результата

Inc.
Эйфелева башня, лаванда, круассан: фильмы, которые перенесут тебя во Францию Эйфелева башня, лаванда, круассан: фильмы, которые перенесут тебя во Францию

Фильмы, пронизанные французской атмосферой

Cosmopolitan
«Если это выглядит как утка, то это утка»: английское право помогло водителям Uber доказать, что они работают на сервис «Если это выглядит как утка, то это утка»: английское право помогло водителям Uber доказать, что они работают на сервис

Два водителя Uber в Лондоне пять лет судились с сервисом и выиграли

VC.RU
Попробуй что-то новенькое! Попробуй что-то новенькое!

Почему в разных отношениях мы повторяем одни и те же негативные сценарии

Лиза
Моя красотка! Как выглядят мамы Риз Уизерспун, Шэрон Стоун и других звезд кино Моя красотка! Как выглядят мамы Риз Уизерспун, Шэрон Стоун и других звезд кино

Посмотрим на родственниц Мелани Гриффит, Шэрон Стоун и других знаменитостей

Cosmopolitan
Подсчитано, когда на Земле закончится весь кислород Подсчитано, когда на Земле закончится весь кислород

Через миллиард лет атмосфера Земли потеряет большую часть кислорода

Популярная механика
Набравшие вес морские слоны предпочли сон ночным кормлениям Набравшие вес морские слоны предпочли сон ночным кормлениям

Морские слоны вынуждены делать выбор между ночным кормлением и отдыхом

N+1
За клеточным транспортом понаблюдали в режиме реального времени За клеточным транспортом понаблюдали в режиме реального времени

Ученые выяснили, как молекула кинезин передвигается внутри клетки

N+1
Битва при Пуатье Битва при Пуатье

Судьбу битвы при Пуатье решили английские лучники

Дилетант
Они не те, кем кажутся Они не те, кем кажутся

Виртуальные модели – явление уже не новое

Лиза
Разработчики из Google научили смартфон распознавать постукивание по разным частям корпуса Разработчики из Google научили смартфон распознавать постукивание по разным частям корпуса

Алгоритм для смартфонов, распознающий прикосновения к корпусу

N+1
Актеры Юрий Колокольников и Агата Муцениеце — о сериале «Крюк», хоккее и Путине Актеры Юрий Колокольников и Агата Муцениеце — о сериале «Крюк», хоккее и Путине

Юрий Колокольников, Агата Муцениеце и продюсер Георгий Малков о сериале «Крюк»

СНОБ
Бактериальные волокна из целлюлозы превратили в фильтровальную мембрану Бактериальные волокна из целлюлозы превратили в фильтровальную мембрану

Мембрана позволила эффективно разделить смесь масла и воды

N+1
Пермские боги Пермские боги

Скульптуры в православии — явление необычное

Культура.РФ
Умер основатель группы «Звуки Му» Александр Липницкий. Публикуем архивное интервью и снятый о нем фильм SASHA Умер основатель группы «Звуки Му» Александр Липницкий. Публикуем архивное интервью и снятый о нем фильм SASHA

Интервью с Александром Липницким — о фильме SASHA и группе «Звуки Му»

СНОБ
Укрепить свое «Я», чтобы стать сильнее: три эффективных упражнения Укрепить свое «Я», чтобы стать сильнее: три эффективных упражнения

Как помочь себе обрести устойчивость?

Psychologies
Make Up Forever in Russia: встречаем обновленную Audi A5 Make Up Forever in Russia: встречаем обновленную Audi A5

Каким получился рестайлинг Audi A5?

Популярная механика
Мосгорсуд отказался освобождать Навального по требованию ЕСПЧ. Так можно? Разбираемся с юристами Мосгорсуд отказался освобождать Навального по требованию ЕСПЧ. Так можно? Разбираемся с юристами

Может ли Россия игнорировать решения Страсбургского суда

СНОБ
Арсений Тарковский Арсений Тарковский

Поэт Арсений Тарковский глазами Дмитрия Быкова

Дилетант
Открыть в приложении