Мікроскопічне вагове обладнання – нановесы

Протягом багатьох тисяч років людина вивчає навколишній світ та самого себе, незважаючи на це, питань стає тільки більше. Одним з науково-дослідних напрямків стало вивчення мікрочастинок, з яких складається все навколо.

Основна складність вивчення полягає у вимірюванні індивідуальних характеристик окремих частинок (молекул, атомів тощо).

Сучасні технології вже стоять на порозі відкриття мікроскопічного вимірювального обладнання, одним з яких є нановесы, а це провісник технічного і медичного прориву.

Зміст

  • 1 Перші апарати для точного зважування мікрочастинок
  • 2 Вуглецеві нановесы
  • 3 Пластинчасті нановесы

Перші апарати для точного зважування мікрочастинок

Мікроскопічне вагове обладнання – нановесы

Обладнання для зважування молекул

Історія розвитку високоточних лабораторних ваг почалася в 1910 році. Саме тоді Вільям Рамзай розробив перші ваги, точність вимірювань яких досягала 1 нанограми (мільярдна частка грама – 10-9г.).

З розвитком технологій удосконалювалося і лабораторне вагове обладнання, зростала їх точність і функціональність. Проте навіть сучасні ультрамікровеси здатні проводити зважування до 0.1 нанограми, що в рази перевищує вагу наночастинок, а значить з їх допомогою не можна визначити точну вагу молекули або вірусу.

Однією з основних проблем зважування мікрочастинок є колосальний вплив сторонніх зовнішніх факторів (температура, вологість, вібрація, потоки повітря, сили Ван-дер-Вальса, броунівський рух тощо).

Із збільшенням точності та чутливості ваг значимість сторонніх чинників тільки збільшується. Цей факт не дозволяє досягти бажаної точності. Але вчені всього світу вирішили і цю проблему.

Вуглецеві нановесы

Найміцнішим матеріалом на Землі є алмаз, однак стало відомо ще більш міцне вуглецеве з’єднання – графен. Молекула цього матеріалу має плоску форму товщиною в один атом. Особливість матеріалу – це його надзвичайна міцність і здатність проводити електричний струм.

Отримати графен можна із звичайного олівця (графіту). Мікроскопічне вагове обладнання – нановесы

Решітка вуглецевого з’єднання

Графен являє собою плоский наноматеріал. Найбільш стабільний стан він приймає, якщо його згорнути в микротрубку.

Якщо один кінець отриманої трубки закріпити і підвести електричний струм, то заряд сконцентрується на її другому кінці, що викличе зміну його первісного положення.

Змінюючи поступово частоту електричного струму, можна добитися резонансу з частотою коливання трубки.

Мікроскопічне вагове обладнання – нановесы

Нановесы на основі вуглецевої трубки

Якщо на вільний кінець вуглецевої нанотрубки прикріпити молекулу речовини, то інтенсивність її коливання зміниться прямо пропорційно до ваги молекули.

Щоб виміряти зміни коливань трубки, застосовується високоточне лазерне устаткування.

У 2000 році цей принцип вимірювання ваги запропонував використовувати американський вчений.

Для здійснення вимірювань необхідно відкалібрувати нанотрубку, заміряти її вільне коливання, а потім проводити зважування. Точність вимірювань досягає 10-15 р.

Пластинчасті нановесы

У 2009 році французькі та американські вчені розробили мікроскопічні ваги для вимірювання ваги наночастинок. Конструкція микровесов складається з ультратонкої металевої пластини, встановленої на декількох електродах.

Принцип дії пластинчастих нановесов заснований на тому факті, що при наближенні зважуємо молекули пластина починає вібрувати. Інтенсивність вібрації сприймається і вимірюється електродами, які з’єднані з комп’ютером.

Для досягнення необхідної точності зважування довелося провести безліч досліджень і розробок, однак кінцевий варіант ваг задовольняє всі вимоги для проведення вимірювань. Особливістю обладнання стала швидкість і точність вимірювань. Практичні випробування проводилися на вимірюванні маси імуноглобулінів.

Незважаючи на складність виробництва мікроскопічних ваг, вчені заявили, що їх серійне виробництво можна здійснити на вже наявному обладнанні – на агрегатах для складання кремнієвих мікросхем. Цей факт значно знизить собівартість ваг і зробить їх більш доступними.

Створення високоточних нановесов забезпечить сприятливі умови для створення нових технологій, допоможе у створенні дієвих медичних засобів та інших розробок.

Все навколо складається з молекул і атомів, вивчивши які ми зможемо зрозуміти, як працює світ. Можливо, ми знайдемо відповіді на безліч питань: з чого складається всесвіт, як вся спадкова інформація міститься в нашій ДНК, як відбувається регенерація органів, як і де мозок зберігає й обробляє інформацію, ніж вилікувати СНІД, як здобути дешеву електроенергію. Це питання, на які у людства поки немає відповідей, але їх дуже хочеться знайти.

Сподобалася стаття? Поділитися з друзями: