Een nanoweegschaal kan de massa van een enkel molecuul bepalen, zo laten Amerikaanse en Franse wetenschappers weten in Nature Nanotechnology.
De weegschaal is pas zichtbaar onder de elektronenmicroscoop. Het is als een smalle brug, een paar micrometer groot, in een halfgeleidercircuit. Die brug trilt van zichzelf. Zodra een deeltje op de brug belandt, verandert dat de massa van de brug en daarmee de frequenties waarmee de brug trilt. De gemeten frequenties zijn dan een maat voor de massa van het deeltje, bijvoorbeeld een molecuul, een nanodeeltje of een virus.
Een elektronenmicroscopische opname toont de nanoweegschaal die een enkel molecuul kan wegen.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Een eerder prototype had als nadeel dat de verandering van de frequentie afhing van de plek waar een deeltje op de brug belandt. Pas na het meten van honderden deeltjes kon de techniek redelijk betrouwbaar de massa aangeven. Om dat probleem te omzeilen, analyseerden de wetenschappers – verbonden aan het Kavli-instituut voor nanowetenschap aan Caltech en het laboratorium CEA-LETI in Grenoble – de trillingen van de brug. Net als een gitaarsnaar heeft de brug een eenvoudige trilling, waarbij het midden het verst uitwijkt, maar hij trilt tegelijkertijd ook bij hogere frequenties. Bij de eerstvolgende frequentie ligt juist het midden stil, terwijl het voorste en het achterste deel van de brug in tegengestelde richting bewegen. De golfbeweging lijkt dan meer op een S-vorm. De beweging van de trillende brug is in feite een combinatie van al die verschillende trillingen.
Antistoffen
Voor het bepalen van de massa van een deeltje en zijn positie, hoeven de wetenschappers enkel de eerste twee frequenties te meten. Ze hebben het uitgeprobeerd met bijvoorbeeld antistoffen. Ze konden diverse typen van elkaar onderscheiden aan de hand van de massa. Dat was de eerste keer dat biologische moleculen werden gewogen met een nanomechanisch instrument.
De techniek lijkt veelbelovend, omdat massaspectrometrie, de gebruikelijke methode om het gewicht van moleculen te bepalen, veel materiaal vereist. Bij die techniek krijgen deeltjes een lading waarna ze door een magneetveld bewegen. Het traject dat ze afleggen hangt dan af van zowel massa als lading. Grote deeltjes, zoals eiwitten en virussen, zijn met die techniek moeilijk te analyseren.
Een interessante toekomstige toepassing van de nanoweegschaal lijkt, zo zeggen de onderzoekers, het meten van de massa van eiwitten op diverse tijdstippen tijdens de ontwikkeling van een lichaamscel. Zo blijkt dan wanneer er moleculen aan die eiwitten zijn gekoppeld. De halfgeleiderstructuur moet zich gemakkelijk op grotere schaal laten produceren, zodat artsen en biologen in een instrument met honderden parallelle trillende bruggen een scala aan deeltjes kunnen meten. Dat is nu nog toekomstmuziek.