Физики создали нановесы для взвешивания отдельных белковых молекул

27 августа 2012 года

Французские физики собрали микроскопические весы из четырех электродов и подключенной к ним вибрирующей пластинки, обладающие достаточной чувствительностью для измерения массы отдельных белковых цепочек, и опубликовали "инструкцию" по сборке в журнале Nature Nanotechnology.

Точное измерение массы микроскопических тел, молекул и атомов является сверхсложной инженерной и физической задачей. На уровне отдельных молекул на измерительные приборы начинают влиять особенности физики микромира, в том числе броуновское движение, силы Ван-дер-Ваальса и прочие факторы, способные значительно исказить показания приборов.

Группа физиков под руководством Майкла Роукса (Michael Roukes) из Калифорнийского технологического института в городе Пасадена (США) разработала универсальные нановесы, которые позволяют взвешивать отдельные молекулы с минимальными погрешностями.

Ключевой элемент этого устройства - вибрирующая микропластинка или "мост" в терминологии авторов статьи, была создана Роуксом и его коллегами еще в 2009 году. Она представляет собой тонкую полоску из металла, колебания которой считываются при помощи нескольких микроэлектродов.

Когда к этой конструкции приближается молекула, "мост" начинает вибрировать, и эти колебания считываются электродами. Сила и частота данных вибраций зависит от массы молекулы, что позволяет вычислить ее даже в том случае, если по "мосту" проходит только одна частица.

У первых прототипов "моста" был существенный недостаток - масса молекулы сильно искажалась в тех случаях, когда частица проходила не по центру моста, а по его краям. Поэтому ученым приходилось измерять массу как минимум 500 отдельных молекул для минимизации погрешностей.

В новой работе Роукс и его коллеги ликвидировали этот недостаток, научившись вычислять положение молекулы по различиям в отдельных гармонических составляющих в вибрациях "моста". Эта методика позволила физикам вычислять точную массу отдельных молекул с высокой скоростью и точностью.

Авторы статьи проверили работу своего изобретения, измеряя массу иммуноглобулинов - белков-антител, специализирующихся на нейтрализации различных чужеродных частиц, в том числе бактерий и вирусов. Высокая чувствительность прибора позволила ученым не только вычислить массу белковых частиц, но и определить их тип.

По словам физиков, данные нановесы можно изготавливать при помощи промышленных технологий, используемых при сборке кремниевых микросхем. Это значительно снижает себестоимость устройства и позволяет использовать даже в относительно небольших лабораториях.