Teadlased leiutasid uue tehnika nanoosakeste kaalumiseks
Nanoosakese massi mõõtmine on keeruline probleem, kuid Massachusettsi tehnoloogiainstituudi MIT insenerid on avastanud võimaluse selle lahendamiseks. Nanoosakeste massi mõõtmine aitaks teadlastel paremini mõista nanoosakeste toimimise ja ülesehituse aluseid.
Uue süsteemi nimetatakse lühendiga SNR (Suspended Nanochannel Resonator), mis tähendab ripp-nanokanaliresonaatorit. Seadeldis suudab mõõta kõige väiksemate, isegi ühest atogrammist kergemate osakeste massi.
Atogramm on eriti täpne ühik SI-süsteemis; selle väärtuseks on 10 astmel -18 grammi. Uue tehnika lahutusvõime on aga atogrammistki täpsem, võimaldades vaagida nii rakkude bioloogilisi komponente kui ka sünteetilisi nano-osakesi.
Nanotehnoloogia on valdkond, mis tegeleb äärmiselt väikeste osakeste omaduste ja liikumise eripärade uurimisega. Nanoosakesteks nimetatakse ülipeeni osakesi, mille läbimõõt jääb vahemikku 1–100 nanomeetrit.
SNR rajaneb varasemal tehnoloogial nimega SMR (Suspended Microchannel Resonator), mille töötas mõnevõrra suuremate osakeste mõõdistamiseks välja MIT bioloogilise ja mehaanilise insenertehnika professor Scott Manalis.
Algupärane massiandur SMR, mille alusel uus lahendus välja töötati, koosneb tillukesele, vaakuumkambris võnkuvale ränikonsoolile uuristatud ja vedelikuga täidetud mikrokanalist. Kanalist ükshaaval läbi voolavate rakkude või osakeste mass mõjutab veidi konsooli võnkumissagedust, mille alusel ongi võimalik osakese mass välja arvutada.
Tõstmaks seadeldise tundlikkust väiksemate masside suhtes pidid uurijad valmistama väiksema konsooli, mis töötab mõnes mõtte nagu ujumisbasseini vettehüppelaud. Kui sportlane hüppelaua otsa peal hüpleb, võngub laud väga laia amplituudiga ja madalal sagedusel. Kui sportlane vette hüppab, hakkab laud võnkuma palju kiiremini, kuna selle kogumass on oluliselt kahanenud.
Väiksemate masside mõõtmiseks oli vaja väiksemat „vettehüppelauda“. „Nanoosakeste mõõtmine suure konsooli abil on, nagu seisaks hüppelaual kärbes,“ selgitas prof Manalise laboratooriumi juures töötav järeldoktor ja üks töö juhtivatest autoritest Selim Olcum. „Kui kärbes laualt alla hüppab, ei ole muutus märgatav. Sellepärast pidimegi valmistama eriti väikesed „hüppelauad“.
Varasema uurimuse raames konstrueerisid sama labori uurijad 50 mikroni pikkuse konsooli, mis oli rakkude mõõdistamiseks kasutatud konsoolist umbes kümme korda väiksem ja võimaldas kaaluda kuni 77 atogrammi raskuseid osakesi kiirusega üks või kaks osakest sekundis.
SNR-i kõige uuema versiooni konsool on vaid 22,5 mikronit pikk; selles jooksev kanal on ühe mikroni laiune ja 400 nanomeetri sügavune. Kõrgete sageduste juures suudab uus konsool reageerida palju väiksematele massikõikumistele.
Lahutusvõime täiendavaks parendamiseks lülitasid uurijad konsooli võnkeallika elektrostaatiliselt toitelt piesoelektrilisele, mis laiemat amplituudi võimaldades kahandab kõrvalistest allikatest pärinevaid, mõõdetavat signaali segavaid vibratsioone.
Uus süsteem suudab natuke rohkem kui poolteise tunni jooksul vaagida ligi 30 000 osakest.
Juhtivad uurijad kinnitavad, et uus tehnoloogia võimaldab saada 30 korda täpsemaid tulemusi kui eelmine levinuim agregaat. Sellise täpsuse saavutamiseks kahandasid insenerid eelmise süsteemi mõõtmeid, mis tõstiski süsteemi lahutusvõime umbes 0,85 atogrammini.
Uue tehnoloogia abil saavad arstid mõõta ja kaaluda väikseid viiruseid, rakuväliseid organelle vesiikuleid ning enamikku nanomeditsiinis kasutatavatest konstrueeritud nanoosakestest, mis tõotab kaasa tuua murrangu tervishoiu ja arstiteaduse arengus.
Uut lahendust kirjeldav uurimistöö ilmus ajakirja Proceedings of the National Academy of Sciences selle nädala numbris.
