Весы-камертон / Yabuno Lab./University of Tsukuba
Можно ли взвесить молекулу на весах? Учёные из Национального института передовой науки и техники и Цукубского университета (Япония) сконструировали весы, способные взвешивать объекты весом в несколько нанограмм с погрешностью в 1%.
Пока одна команда из Цукубы выключала старение в клетках, другая сконструировала нановесы, напоминающие микроскопический камертон. Сравнение с ним не случайно – весы работают по принципу самовозбуждающихся колебаний, когда колеблющееся тело влияет на фазу источника колебаний, что приводит к устойчивым периодическим движениям.
«Приборы на основе сдвоенных кантилеверов (выступающие зубцы), которые изготавливались ранее, могли лишь констатировать наличие массы, но не измерить её количественно»,- поясняет Хироши Ябуно, профессор университета. Под его руководством его выпускники сконструировали нановесы нового типа.
Весы изготовлены в виде сэндвича из двух слоёв кремния, между которыми находится изолятор. Кантилеверы имеют размер 500 на 100 мкм. Тестировались весы на полистироловых микросферах диаметром 15 мкм.
После размещения взвешиваемого объекта на одном из зубцов на конструкцию подаются вибрации от пьезоактуатора. Благодаря присутствию на одном из зубцов измеряемого объекта вибрации зубцов отличаются друг от друга. Это различие регистрируют два допплеровских виброметра.
Как поясняет Ябуно, такой метод не требует сверхчистого окружения или вакуума для точных измерений. Он может работать в жидкости, что особенно важно для учёных, работающих с одноклеточными организмами и клетками.
В первую очередь этот метод будет использоваться для работы с ДНК, для их гибридизации и характеризации, т.е. для изучения отличий в ДНК у различных клеток. Также такие весы помогут изучать на клеточном уровне протеомы – совокупность белков клетки, которые находятся там или синтезируются заново в соответствии с записанными в ДНК инструкциями.
Это не первые весы, работающие на наноуровне. В 2012 году фанцузские физики собрали микроскопические весы из четырех электродов и подключенной к ним вибрирующей пластинки, которые также обладают достаточной чувствительностью для измерения массы отдельных белковых цепочек. Для измерения частоты вибраций их вариант весов считывает электрические показания с тонкой колеблющейся пластинки.