Для измерения массы молекул химики и биологи обычно используют заимствованный у физиков метод масс-спектроскопии. Он позволяет проводить измерения быстро и с высокой точностью, но имеет существенный недостаток: молекулы обязательно должны быть заряжены

Фактически масс-спектроскопия дает информацию не о массе, а об отношении массы к заряду, и если заряд молекулы точно неизвестен (как часто бывает), то и о ее массе ничего определенного сказать нельзя. Да и не любые молекулы легко поддаются ионизации. В работе [1] ученые из США (California Institute of Technology) и Канады (National Institute for Nanotechnology) разработали элегантную методику измерения массы нейтральных молекул, основанную на использовании электромеханических систем (NEMS), а именно – нанорезонаторов (рис.1).

Рис.1. Адсорбция молекул нанорезонатором

Увеличение массы нанорезонатора при адсорбции молекулы приводит к уменьшению его резонансной частоты f_r на величину, зависящую от массы этой молекулы. Тонкий момент состоит в том, что сдвиг Δf_r зависит еще и от того, на каком именно участке резонатора адсорбирована молекула (чем она ближе к центру закрепленной с обоих концов пластинки резонатора, тем больше Δf_r). В идеале нужно всякий раз определять положение адсорбированной на резонаторе частицы. Авторы [1] избрали другой, более простой путь. Они рассчитали диаграмму распределения Δf_r в предположении, что адсорбированные молекулы с одинаковой вероятностью оказываются в любой точке резонатора, а затем использовали это распределение при обработке экспериментальных данных. После отладки методики на наночастицах Au диаметром 2.5 нм были определены массы молекул белков (рис.2).

Рис.2. Изменение резонансной частоты при адсорбции молекул двух различных белков

Заметим, что для измерения массы адсорбентов в режиме реального времени вовсе не обязательно знать координату места адсорбции. Вместо этого можно одновременно регистрировать сдвиги Δf_r не одной, а нескольких (как минимум – двух) резонансных мод. Так что у NEMS-масс-спектроскопии есть потенциал для дальнейшего совершенствования.

Л.Опенов

• 1. A.K.Naik et al., Nature Nanotechnol. 4, 445 (2009)