Нановесы

Весами, на которых можно взвешивать тела с массой в несколько милли_ и микрограмм, давно уже никого не удивишь-они используются в любом школьном кабинете физики. Но нельзя непосредственно взвесить как очень большой, так и очень маленький объекты, поскольку для них не существует эталонных мер.

      А можно ли взвесить объект, масса которого в десятки миллионов раз меньше микрограмма? Для работы с подобными микроскопическими телами недавно сотрудниками Технологи ческого института штата Джорджия (США) были созданы самые чувствительные и самые маленькие в мире весы. Они состоят из тонкого кантилевера_нанотрубки длиной около 4 микрон (он-то и представляет собой чашу весов). На рисунке изображена процедура взвешивания вируса, масса которого равна 22 фемтограммам (1 фг = 10–15г).

Рис 144. Нановесы на основе

нанотрубки

      В основе работы нановесов лежит эффект, хорошо известный из школьной физики: собственная частота колебаний пружины зависит от массы груза и ее жесткости.

      Другими словами, зная коэффициент упругости пружины и измерив частоту ее колебаний, можно с легкостью определить массу частицы, находящейся на ее конце. Точно так же можно

измерять массу, подсоединенную к свободному концу нанотрубки. В созданных весах кантилевер приводится в колебательное движение с помощью импульса лазера или переменного электрического поля. При этом он освещается тонким лазерным лучом, способным улавливать мельчайшие отклонения его собственной частоты колебания. Как только частица попадает на кантилевер, частота его колебаний уменьшается. Сдвиг собственной частоты из_за искомой добавочной массы измеряется с помощью “зайчика”, отражающегося от кантилевера.

Если известна упругость нанотрубки, то можно по смещению резонансной частоты определить массу частицы. И присоединенная масса (даже очень незначительная) может быть определена путем простого вычисления. На нановесах можно “взвесить” объект массой около 10_15 г! При присоединении такой массы резонансная частота падает более чем на 40%.

      Более точных методов измерения массы предельно малых объектов, чем нановесы, пока еще нет. Исследователи взвесили таким образом даже вирусы. Нанотрубочные весы нашли ши-рокое применение для измерения бактерий, клеток, биомолекул и других биологических объектов.