Юный техник, 2014 № 04

Устройство называется «наноэлектромеханический резонатор» и представляет собой крошечный камертон длиной порядка микрона и шириной около 100 нанометров. Если опять-таки приложить к нему переменное электрическое напряжение, он начинает колебаться со своей собственной, строго определенной частотой. Правда, услышать издаваемый им звук не удастся, поскольку частота колебаний лежит уже в микроволновой области.

Но это неважно. Главное, что исследователи собрали электросхему, которая непрерывно возбуждает и контролирует частоту вибрирующей полоски. Периодически в герметической камере, куда помещен камертон, срабатывает заслонка, и на пластинку обрушивается пучок атомов или молекул. А поскольку пластинка предварительно охлаждалась до очень низкой температуры, атомы или молекулы тут же примерзают к камертону, неизбежно понижая его частоту.

Причем изменение частоты пропорционально массе молекул. Остается их пересчитать под электронным микроскопом и узнать, сколько весит каждая молекула.

Еще одна аналогичная установка создана в Массачусетском технологическом институте (МТИ). Она позволяет взвешивать наночастицы с точностью до одного аттограмма (10–18 г).

Пару лет тому назад Скотт Маналис, сотрудник МТИ, разработал метод взвешивания отдельных живых клеток в подвешенном микроканальном резонаторе (ПМР), измеряющем массу объекта при его прохождении или протекании через узкий канал. Изначально такое устройство представляло собой микроканал в крохотном кремниевом кронштейне. Когда по каналу проходила клетка, кронштейн менял частоту своих вибраций. А поскольку он делал это в маленькой вакуумной полости, изменение частоты не так уж сложно было измерить с высокой точностью и пересчитать в доли грамма.

Экзосомы играют важную роль в организме человека. Но чтобы понять, какую именно, неплохо бы иметь точные средства взвешивания столь малых объектов…

Затем этот кронштейн еще уменьшили, доведя его длину до 22,5 мкм, а канал и вовсе имел всего 1 мкм в ширину и 0,4 мкм в глубину. Одновременно источник энергии колебаний заменили с электростатического на пьезокристаллический, имеющий большую собственную амплитуду вибраций и меньший уровень шумов. В итоге сейчас размеры измеряющей системы уменьшены в несколько раз, за счет чего погрешность измерения составляет 0,85 аттограмма, снизившись в 30 раз по сравнению с предшествующим устройством.

«Теперь мы в состоянии взвешивать мелкие вирусы и большинство искусственно созданных на сегодня наночастиц, используемых в молекулярной медицине», — подчеркнул Селим Олкум, один из авторов нынешней разработки. — Наша система весьма производительна — на взвешивание 30 тысяч наночастиц у нее ушло 1,5 часа. И у нас еще есть возможность для совершенствования как методики измерений, так и конструкции самого устройства».

Для демонстрации возможностей прибора исследователи взвешивали наночастицы, сделанные из фрагментов ДНК, прикрепленных к золотым наносферам. При этом удалось установить, какую долю массы составляет золото, а какую — ДНК. Но практическое использование «весов» видится куда более широким.

М. МАКСИМОВ

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ! Невозможная химия началась с обычной соли

Школьные учебники по химии нужно переписывать. К такому выводу пришел российский ученый Артем Оганов со своими коллегами, изучая кристаллические структуры из натрия и хлора. С помощью метода USPEX, разработанного Огановым, исследователям удалось синтезировать совершенно невозможные, с точки зрения правил классической химии, соединения натрия и хлора — NaCl₃ и NaCl₇, Na₃Cl, Na₃Cl₂, Na₂Cl. Оказалось, что они не только существуют, но и вполне стабильны при определенных условиях окружающей среды.

А началось все вот с чего. По воспоминаниям самого 39-летнего ученого, химиком он решил стать в 4 года. Очень уж его интересовали те «фокусы» по превращению одних веществ в другие, которые происходили в химических колбах и пробирках. В школе он особенно заинтересовался соединениями натрия. И вот почему.

С одной стороны, химикам хорошо известно, что и натрий, и хлор по отдельности довольно агрессивные элементы, которые охотно вступают в химические реакции с другими элементами. Так, натрий, брошенный в воду, начинает самопроизвольно гореть и очень быстро окисляется на воздухе, его обычно хранят под слоем керосина или в инертной среде.