https://newtonsociety.ru
https://newtonsociety.ru
https://newtonsociety.ru
ruРус Engen

Новости науки

11.09.2012

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).

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


Вы можете комментировать материалы, если зарегистрируетесь на сайте!
Запомнить

На сайте:

Интернет-журнал Ньютоновские чтения
14.05.2018
Лялин Алексей Васильевич
27.12.2017
Владислав Черепенников
Новости наукиПолитикаСолнечная система
Поиск по сайту
Карта сайта
Последнее обновление
07.03.2023 09:50