Разработан способ измерения минимального течения
 Схематическое изображение принципа работы нового детектора для скорости потока в микрофлюидике. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В последние годы многие научные группы работают над так называемыми «лабораториями на микрочипе», которые в будущем могут позволить проводить быстрый и подробный биохимический анализ небольших образцов жидкостей, таких как кровь, в рамках нового направления - микрофлюидики. Но для калибровки и измерения свойств жидкостей, например, скорости диффузии или реакционной способности биомолекул, подобные системы нуждаются в точных методиках измерения очень малых расходов жидкости. Привычные методики наблюдения движения жидкости в малых масштабах подразумевают отслеживание флуоресцентных молекул с помощью микроскопа, что достаточно не практично при работе с «лабораторией на микрочипе».
Развивая существующие экспериментальные методики, группа ученых из University of Twente (Нидерланды) предложила альтернативную технику. Для этого исследователи сформировали длинный канал в кремниевой пластине, имеющий ширину порядка 5 нм и длину – около 130 нм. В канале было размещено два детектора молекул, каждый из которых состоял из пары металлических электродов (на верхней и нижней поверхности канала). Подобные датчики позволяют обнаружить электрохимически активные молекулы, которые заранее были добавлены к жидкости, проходящей через канал. После приложения внешнего напряжения к электродам, упомянутые молекулы начинают непрерывный перенос заряда от одного электрода к другому. При этом каждая молекула осуществляет циклические движения, повторяющиеся тысячи раз в секунду, что, естественно, отражается на величине тока (каждая молекула обеспечивает вклад в несколько фемтоампер). Поскольку при движении жидкости через канал, число молекул постоянно меняется случайным образом, изменяется и фиксируемый детекторами ток. Подобные колебания обычно слишком малы, чтобы зафиксировать их в потоках большого объема, но в нанометровом масштабе случайные флуктуации числа молекул вполне поддаются измерению.
Фиксируемые каждым детектором колебания тока являются своего рода маркерами для отслеживания скорости потока, как облака, движущиеся по небу, позволяющие оценить скорость ветра на соответствующей высоте. Статистический анализ позволяет выявить корреляцию между колебаниями, фиксируемыми двумя датчиками. Временная задержка, вычисляемая в рамках статистического анализа, дает возможность рассчитать скорость движения потока.
По словам ученых, предложенный ими метод позволяет фиксировать потоки до 10 пиколитров в минуту. На практике такой поток можно представить следующим образом: при подобной скорости течения капли в 30 микролитров потребуется несколько лет, чтобы перетечь из одного резервуара в другой.
Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Коллеги ученых считают, что методика обеспечит более широкое применение возможностей микрофлюидики, т.к. она не подразумевает визуального контроля через микроскоп с одновременным добавлением в раствор флуоресцирующих маркеров.
Также по теме:
- Скорость химических реакций зависит от квантового состояния ядра
- О том, почему насекомые могут мигрировать с огромной скоростью
- Загородные трассы опасны для юных автолюбителей
- Микрофлюидика поможет лечению раковых заболеваний
Источники: