Молекулярная масса: Вес по мостику
«Весы» эти сами по себе удивительны: имея в размерах считаные миллионные доли метра, они представляют собой микроскопический осциллирующий мостик (наноэлектромеханический резонатор). Для взвешивания молекулу нужно просто поместить на него. В результате частота вибрации изменится, что и позволит установить массу молекулы.
Понятно, что это необязательно может быть отдельная молекула. Взвешивать можно любой предмет подходящих масштабов — вирусные частицы, клеточные органеллы, молекулярные комплексы и все, что понадобится. Такое устройство — уверены его авторы — может стать очень полезным для диагностики болезней, исследований вирусов и молекулярных систем клетки, экологического мониторинга и массы других сфер.
Сам по себе такой подход ко взвешиванию мельчайших объектов был предложен Майклом Руксом (Michael Roukes) еще 12 лет назад. Однако до сих пор перед его практическим использованием оставалась едва ли преодолимая преграда: изменение частоты вибрации резонатора определяется не только самой массой объекта, но и точным местом на резонаторе, на которое он «приземлился». Поэтому до сих пор для установления массы приходилось проводить с полтысячи измерений, чтобы уже из них примерно определить искомое число.
Лишь теперь метод удалось усовершенствовать настолько, что можно ограничиться одним-единственным измерением. Для этого осцилляции резонатора замеряются с особенной аккуратностью, позволяющей сразу установить место посадки измеряемого объекта. Представьте, что молекула упала на такой «мостик», и тот из-за этого закачался. В зависимости от массы и места «приземления» он может вибрировать по-разному, отклоняясь в разные стороны и с разной амплитудой, по нему словно пробегает волна. Каждая вибрация разлагается на колебательные моды, сумма которых полностью описывает процесс вибрации. При этом «профиль» этих мод дает возможность определить все нужные параметры.
Разумеется, для «взвешивания» молекул существует хорошо знакомая масс-спектрометрия, метод, при котором молекула предварительно ионизируется, что позволяет установить ее массу по поведению в электромагнитном поле. Однако для действительно больших частиц, таких как вирусы или крупные белки, из-за своей массы плохо отклоняющихся полем, масс-спектрометрия не слишком удобна. Новый метод позволяет работать с ними намного легче.
Авторы продемонстрировали эффективность этого подхода, создав действующий прототип и взвесив на нем молекулу иммуноглобулинов М (IgM), что позволило точно идентифицировать различные типы IgM в пробе и подсчитать количество каждого.
По пресс-релизу Caltech