H ζυγαριά είναι τόσο μικρή ώστε διακρίνεται μόνο στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Το δείγμα τοποθετείται πάνω στον κεντρικό νανοσωλήνα
Λονδίνο
Η μικρότερη και ακριβέστερη ζυγαριά του κόσμου είναι τόσο ευαίσθητη ώστε ώστε θα μπορούσε να παρακολουθήσει την πρόοδο ενός πρωτονίου που κάνει δίαιτα, υπερηφανεύονται οι δημιουργοί του συστήματος στην Ισπανία. Παρόμοιες μικροσκοπικές ζυγαριές, ή «νανομηχανικοί αισθητήρες μάζας» επί το επιστημονικότερον, είχαν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για να μετρηθεί η μάζα μεμονωμένων κυττάρων, ιών, ή ακόμα και μεμονωμένων μορίων. Όμως ο νέος αισθητήρας αυξάνει την ευαισθησία σε νέα επίπεδα, καθώς μπορεί να καταγράφει πολύ μικρότερες μεταβολές της μάζας, ακόμα και 1,7 yoctogram (1,7 x 10-24 γραμμάρια), περίπου όσο η μάζα ενός πρωτονίου...
Το σύστημα παρουσιάζεται στην επιθεώρηση Nature Nanotechnology από την ομάδα του Άντριαν Μπάχτολντ στο Καταλανικό Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας (ICN).
Ο νανοσωλήνας
Όπως εξηγούν οι ερευνητές σε ανακοίνωσή τους, ο αισθητήρας βασίζεται σε έναν νανοσωλήνα άνθρακα μήκους 150 νανομέτρων (δισεκατομμυριοστών του μέτρου).
Αυτός ο εξαιρετικά ανθεκτικός νανοσωλήνας ουσιαστικά συμπεριφέρεται όπως μια χορδή κιθάρας, η οποία όμως ταλαντώνεται στην εξαιρετικά υψηλή συχνότητα των 2 GHz (δύο δισεκατομμύρια κύκλοι το δευτερόλεπτο).
Τα αντικείμενα που τοποθετούνται πάνω στον νανοσωλήνα για να ζυγιστούν αλλάζουν την ιδιοσυχνότητά του, αναγκάζουν δηλαδή το νανοσωλήνα να δονείται σε διαφορετική συχνότητα. Μετρώντας τη μεταβολή της συχνότητας, ο χρήστης του αισθητήρα μπορεί να υπολογίσει με μεγάλη ακρίβεια τη μάζα του δείγματος.
Για να γίνει βέβαια αυτό ο αισθητήρας πρέπει να λειτουργεί σε αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες: ο νανοσωλήνας πρέπει να είναι απόλυτα καθαρός και παγωμένος στους -289 βαθμούς Κελσίου, ενώ ο χώρος όπου τοποθετείται το δείγμα πρέπει να βρίσκεται σε κενό αέρας και να διατηρείται απαλλαγμένος από μηχανικές και ηλεκτρικές διαταράξεις.
Οι εφαρμογές
Χρησιμοποιώντας τελικά στην πράξη τη μικροσκοπική ζυγαριά που κατασκεύασαν, οι ερευνητές του ICN μπόρεσαν όχι μόνο να ζυγίσουν εξαιρετικά μικρά φορτία, αλλά και να μελετήσουν αλληλεπιδράσεις των φορτίων αυτών με τον νανοσωλήνα άνθρακα. Για παράδειγμα, μέτρησαν τον ρυθμό με τον οποίο η επιφάνεια του νανοσωλήνα απορροφά μόρια ναφθαλίνης.
Στο μέλλον, πιστεύουν οι ερευνητές, αισθητήρες ανάλογης ευαισθησίας θα μπορούσαν να βελτιώσουν ερευνητικά πεδία όπως η φασματομετρία μάζας, η μαγνητομετρία, η νανομετρολογία και η επιστήμη επιφανειών.
Μάλιστα ο αισθητήρας θα μπορούσε να γίνει ακόμα πιο ευαίσθητος, εφόσον οι δημιουργοί του καταφέρουν να δημιουργήσουν μια μικροσκοπική «υποδοχή», έτσι ώστε το δείγμα να συνδέεται σε μια συγκεκριμένη θέση του νανοσωλήνα και να περιορίζει έτσι τις διακυμάνσεις της συχνότητας.
Ο νανοσωλήνας
Όπως εξηγούν οι ερευνητές σε ανακοίνωσή τους, ο αισθητήρας βασίζεται σε έναν νανοσωλήνα άνθρακα μήκους 150 νανομέτρων (δισεκατομμυριοστών του μέτρου).
Αυτός ο εξαιρετικά ανθεκτικός νανοσωλήνας ουσιαστικά συμπεριφέρεται όπως μια χορδή κιθάρας, η οποία όμως ταλαντώνεται στην εξαιρετικά υψηλή συχνότητα των 2 GHz (δύο δισεκατομμύρια κύκλοι το δευτερόλεπτο).
Τα αντικείμενα που τοποθετούνται πάνω στον νανοσωλήνα για να ζυγιστούν αλλάζουν την ιδιοσυχνότητά του, αναγκάζουν δηλαδή το νανοσωλήνα να δονείται σε διαφορετική συχνότητα. Μετρώντας τη μεταβολή της συχνότητας, ο χρήστης του αισθητήρα μπορεί να υπολογίσει με μεγάλη ακρίβεια τη μάζα του δείγματος.
Για να γίνει βέβαια αυτό ο αισθητήρας πρέπει να λειτουργεί σε αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες: ο νανοσωλήνας πρέπει να είναι απόλυτα καθαρός και παγωμένος στους -289 βαθμούς Κελσίου, ενώ ο χώρος όπου τοποθετείται το δείγμα πρέπει να βρίσκεται σε κενό αέρας και να διατηρείται απαλλαγμένος από μηχανικές και ηλεκτρικές διαταράξεις.
Οι εφαρμογές
Χρησιμοποιώντας τελικά στην πράξη τη μικροσκοπική ζυγαριά που κατασκεύασαν, οι ερευνητές του ICN μπόρεσαν όχι μόνο να ζυγίσουν εξαιρετικά μικρά φορτία, αλλά και να μελετήσουν αλληλεπιδράσεις των φορτίων αυτών με τον νανοσωλήνα άνθρακα. Για παράδειγμα, μέτρησαν τον ρυθμό με τον οποίο η επιφάνεια του νανοσωλήνα απορροφά μόρια ναφθαλίνης.
Στο μέλλον, πιστεύουν οι ερευνητές, αισθητήρες ανάλογης ευαισθησίας θα μπορούσαν να βελτιώσουν ερευνητικά πεδία όπως η φασματομετρία μάζας, η μαγνητομετρία, η νανομετρολογία και η επιστήμη επιφανειών.
Μάλιστα ο αισθητήρας θα μπορούσε να γίνει ακόμα πιο ευαίσθητος, εφόσον οι δημιουργοί του καταφέρουν να δημιουργήσουν μια μικροσκοπική «υποδοχή», έτσι ώστε το δείγμα να συνδέεται σε μια συγκεκριμένη θέση του νανοσωλήνα και να περιορίζει έτσι τις διακυμάνσεις της συχνότητας.
ΒΗΜΑ SCIENCE
