מהסיפור הזה
[×] סגור
סרטון וידאו: 36 יחידות מידה חריגות - mental_floss ב- YouTube (Ep.10)
מיקרוגרף סריקת אלקטרונים של מכשיר שקילת המולקולה. כאשר מולקולה נוחתת על החלק דמוי הגשר במרכזו, היא רוטט בתדר המציין את המסה שלו. תמונה דרך קלטק / סקוט קלברג ומייקל רוקס
כמה אתה חושב שמולקולה שוקלת? מולקולה, שהיא קבוצה יחידה של אטומים קשורים - שתי ההידרוגנים וחמצן אחד המרכיבים H2O, למשל - היא כמעט בלתי נתפסת. שומה מים אחת, שהיא בערך 0.64 גרם, מכילה 602, 214, 078, 000, 000, 000, 000, 000 מולקולות. מולקולות, בקיצור, ממש ממש ממש קטנות.
עד כה מדענים יכלו לחשב רק את המסה של קבוצות מולקולות גדולות, על ידי יינון של אותם (מתן מטען חשמלי) ואז לראות עד כמה הם היו אינטראקציה עם שדה אלקטרומגנטי, טכניקה המכונה ספקטרומטריה המונית. עם זאת לא הייתה להם דרך למדוד את המסה של מולקולה בודדת.
אולם אתמול הודיעו מדענים מקלטק על המצאת מכשיר המודד ישירות את המסה של מולקולה בודדת. כפי שתואר במאמר שפורסם בכתב העת Nature Nanotechnology, המנגנון הזעיר בנוי סביב מבנה דמוי גשר הרוטט בתדר ספציפי המבוסס על מסת המולקולה שעליו. על ידי מעקב מדויק אחר תדר הרטט של הגשר, הם יכולים לקבוע את המסה המדויקת של המולקולה.
"ההתקדמות הקריטית שביצענו בעבודה הנוכחית הזו היא שהיא מאפשרת לנו כעת לשקול מולקולות - אחת אחת - עם כניסתן, " אומר מייקל רוקס, החוקר העיקרי של המעבדה שייצרה את העיתון. "אף אחד לא עשה זאת מעולם."
בעין בלתי מזוינת, המכשיר הוא בלתי נראה בעיקרו - הסולם בתחתית תמונת המיקרוסקופ למעלה הוא שני מיקרון, או שני מיליון דולרים של מטר. הגשר הרוטט שבמרכזו ידוע טכנית כתהודה מערכת ננו-אלקטרו-מכנית ונמצא בפיתוח כבר למעלה מעשור.
בעבודה קודמת, שפורסמה בשנת 2009, הראו החוקרים כי הם יכולים למדוד את מסת החלקיקים שרוססו על המנגנון אך עם מגבלה אחת: היא לא הייתה מספיק רגישה למדידת מולקולה אחת בכל פעם. מכיוון שהמיקום הספציפי בו נחת חלקיק השפיע על תדירות הרטט, ולמדענים לא הייתה שום דרך לדעת בדיוק היכן זה יהיה, הם היו צריכים למרוח כמה מאות חלקיקים זהים כדי למצוא ממוצע, שחשף את המסה.
ההתקדמות עושה שימוש בתובנה חדשה על אופן שינוי תדר הרטט של הגשר כאשר מרססים עליו מולקולה. התנודות מתרחשות בשני מצבים בו זמנית: המצב הראשון מתנדנד מצד לצד, ואילו המצב השני מתרחש בצורה של גל בצורת S מתנודד שנע במעלה ובמורד הגשר. על ידי ניתוח בדיוק כיצד כל אחד ממצבים אלו משתנים כאשר המולקולה פוגעת במכשיר, החוקרים גילו שהם יכולים לקבוע את מיקומה, וכך את המסה המדויקת שלה.
במחקר הראו החוקרים את יעילות הכלי על ידי מדידת המסה של מולקולה הנקראת אימונוגלובולין M, או IgM, נוגדן הנוצר על ידי תאי חיסון בדם וזה יכול להתקיים במספר צורות שונות. על ידי שקילת כל מולקולה, הם הצליחו לקבוע בדיוק איזה סוג של IgM זה היה, ורמזו על יישומים רפואיים עתידיים. סוג של סרטן המכונה Waldenström macroglobulinemia, למשל, בא לידי ביטוי ביחס מסוים של מולקולות IgM בדם של המטופל, ולכן מכשירים עתידיים הבונים על עיקרון זה יכולים לפקח על הדם כדי לגלות חוסר איזון בנוגדנים המעיד על סרטן.
המדענים רואים גם מכשיר מסוג זה כעזר לחוקרים ביולוגיים הבוחנים את המכונות המולקולריות שבתא. מכיוון שהאנזימים המניעים את תפקוד התא תלויים מאוד בהתקשרות מולקולרית על פני השטח שלהם, שקילת חלבונים בדיוק בתקופות שונות ובסוגים שונים של תאים עשויה לעזור לנו להבין טוב יותר תהליכים תאיים.
הצוות אפילו צופה שההמצאה שלהם יכולה להיות בעלת יישומים מסחריים יומיומיים. צגים סביבתיים העוקבים אחר זיהום חלקיקים באוויר, למשל, יכולים להיות מופעלים באמצעות מערכים של גשרים רוטטים אלה.
חשוב, לדעת המדענים, המכשיר נבנה בשיטות ייצור סטנדרטיות של מוליכים למחצה - זהה לשימוש במעגלים חשמליים נפוצים - כך שניתן להעלות אותו באופן תיאורטי למכשירים הכוללים מאות או עשרות אלפי חיישנים מולקולות בודדות הפועלות בבת אחת. "עם שילוב המכשירים המיוצרים בטכניקות לשילוב בקנה מידה גדול, אנו בדרך ליצירת מכשירים כאלה, " אומר רוקס.
