Новости науки
Найдена методика измерения характеристик рекордно слабых потоков жидкости
Физики из Университета Твенте (Нидерланды) нашли технологию измерения рекордно низких величин расхода жидкости.
Очень слабые потоки жидкости создаются в экспериментах с так называемымилабораториями на чипе— приборами, реализующими один или несколько многостадийных биохимических процессов на миниатюрной пластине. Предполагается, что эти системы в полевых условиях будут выполнять исследования, которые сейчас проводятся на дорогостоящем стационарном оборудовании.
Отличительной чертой лабораторий на чипе называют их способность работать с объёмами растворов, измеряемыми, быть может, единицами и долями пиколитров. Для наблюдения за движением малого количества жидкости традиционно применяют флюоресцирующие молекулы, смещения которых отслеживаются с помощью микроскопа. Эти оптические методики вполне надёжны, но с самóй идеей лаборатории на чипе громоздкий микроскоп сочетается плохо.
Схема канала, по которому проходит жидкость с выделенными красным электрохимически активными молекулами (иллюстрация авторов работы).
Неудобный оптический способ регистрации нидерландские учёные попробовали заменить электрическим. Жидкость в их экспериментах перемещалась в канале шириной в 5 мкм и глубиной в 130 нм, проделанном в кремниевой пластине. Подготовленный авторами раствор на водной основе содержал электрохимически активные молекулы, и при подаче напряжения на металлические электроды, размещённые на противоположных стенках, эти молекулы организовывали непрерывный перенос электронов от отрицательного электрода к положительному. Каждая из них может совершать тысячи «рейсов» в секунду, создавая ток силой в несколько фемтоамперов.
В прошлом году этот эффект был использовандля обнаружения отдельных электрохимически активных молекул, а сейчас физиков из Твенте заинтересовало сравнение показаний двух пар электродов, разнесённых в пространстве. Из общих соображений следует, что количество молекул, попадающих в «просматриваемый» одной парой микроскопический объём жидкости (10 фемтолитров), со временем меняется случайным образом, а вместе с ним варьируется измеряемый ток. Такие изменения и дают возможность наблюдать за движением жидкости: экспериментатору нужно лишь отслеживать флуктуации показаний первой пары электродов — увеличение или уменьшение тока — и определять момент появления аналогичных колебаний тока на второй паре. Если эта задача решена, то количество жидкости, протекающей в канале за единицу времени, вычислить будет несложно.
У описанной методики есть свои ограничения, связанные с тем, что переносимые в канале флуктуации локальной плотности молекул недолговечны, и жидкость должна успевать передать их от одной пары электродов к другой. Тем не менее минимальный измеримый расход жидкости, определённый по результатам опытов, оказался рекордно низким и составил менее 10 пиколитров в минуту. Легко рассчитать, что передача одной 30-микролитровой капли воды по каналу в таких условиях растянулась бы более чем на пять лет.
Полная версия отчёта об экспериментах опубликована в журнале Physical Review Letters.
Источник
- Научные труды...
- Видеоматериалы
- Ацюковский В.А. Лекции
- Черепенников В.Б. Науке нужна защита от лженаучных мошенников. Монография.
- Российской академии наук фундаментальная наука не нужна. Монография. Черепенников В.Б.
- Псевдонаучные труды (критика)
- Псевдонаучные статьи (обсуждение)
- Полемические статьи (обсуждение)
На сайте:
Интернет-журнал Ньютоновские чтения07.03.2023 09:50