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 называемыми лабораториями 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.

Отличительная черта лабораторий на чипе — 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).

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 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 использован для 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 вычислить количество жидкости, протекающей в канале за единицу времени, 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. И всё-таки 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.

Подготовлено по материалам Американского физического общества.







Интересные новости
Вплине на вимірювання часу: танення льодовиків сповільнило обертання ЗемліВплине на вимірювання часу: танення льодовиків сповільнило обертання Землі
Вчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотніВчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотні
Блок рекламы


Похожие новости

У Китаї розробили "вбивцю дронів": фото та характеристики нової машини ППОУ Китаї розробили "вбивцю дронів": фото та характеристики нової машини ППО
Аппарат NASA зафиксировал рекордное по мощности марсотрясениеАппарат NASA зафиксировал рекордное по мощности марсотрясение
Найдена маленькая галактика с такой же чёрной дырой в центре, как у Млечного Пути
Рекордное число роботов в этом году ввели в эксплуатацию в Северной Америке
Обнаружен фтор в галактике на рекордном расстоянии от Солнечной системы
Найдена смесь солей, которая могла "запустить" жизнь на Земле
Американский стартап заявил о создании квантового компьютера с беспрецедентными характеристиками
Ученые предупреждают, что в ближайшие десятилетия миру стоит ждать рекордной жары и еще более масштабных наводнений
Учёные точно выяснили, сколько длятся сутки на Венере, а также определили некоторые другие характеристики планеты
Галактика-ископаемое найдена глубоко внутри Млечного пути
Последние новости

Подгружаем последние новости