Нанопоры нагреваются при прохождении через них ионов

15.02.2022

Японские ученые из Института научных и промышленных исследований (SANKEN) Университета Осаки обнаружили, что нанопоры нагреваются при прохождении ионного потока через них. Это явление объясняется законом Ома и может быть полезным при секвенировании ДНК, а также представляет перспективы для использования нанопор в биосенсорах.

Нанопоры - это небольшие отверстия в мембране. Их размер настолько мал, что сквозь одну пору может пройти только одна из цепочек ДНК или частица вируса. Сейчас нанопоры изучаются для применения в сенсорах. Обычно, чтобы вещество прошло через нанопору, прикладывается электрическое напряжение. Тогда через пору могут пройти ионы, содержащиеся в растворе. Однако известно, что электрическая энергия переводится в тепловую посредством сопротивления. Это закон Джоуля-Ленца. Такое явление ранее не изучалось в нанопорах.

Японские исследователи изучили, как применение электрического напряжения влияет на нагрев нанопоры. Они использовали термопару (температурный датчик, который передает зависящее от температуры напряжение электрического тока) из золотого и платинового нанокристаллов. Точка их контакта составляла лишь 100 нм. С помощью термопары ученые измеряли температуру рядом с нанопорой диаметром 300 нм, вырезанной в пленке толщиной 40 нм на кремниевой пластине. Ученые пропускали через нанопору фосфатный буферный раствор и измеряли ионный ток в зависимости от приложенного напряжения. Оказалось, что тепло, которое выделялось рядом с нанопорой, было пропорционально скорости ионного тока. Это согласуется с классическим законом Ома.

Ученые выяснили, что при уменьшении размера нанопоры тепловой эффект становился более выраженным. Это происходит из-за того, что через пору проходит меньше охлажденной жидкости и не получается уравновесить температуру. В результате этого выделением тепла нельзя пренебречь, так как оно повышает температуру на несколько градусов.

Исследователи считают, что этот эффект может быть использован в дальнейшем. Например, новые сенсоры на основе нанопор могли бы не только обнаруживать вирусы, но и инактивировать их. Кроме того, благодаря нагреву нанопоры не будут забиваться полимерами. Также тепловой эффект может помочь отделять цепочки молекулы ДНК при их секвенировании.

<< Назад: Прямая литография оптических систем на основе перовскита 16.02.2022

>> Вперед: Искусственные мускулы из натуральных белков 15.02.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Разбрасыватель минудобрений Rauch Axis 55 15.07.2026

Немецкая компания Rauch, известная своими высокоточными сельскохозяйственными машинами, представила на выставке DLG Feldtage новый флагманский разбрасыватель минеральных удобрений Axis 55. Эта модель пришла на смену предыдущей версии Axis 50.2 и стала самой крупной в актуальной линейке производителя после выхода более компактной Axis 25 в прошлом году. Новая машина сочетает в себе повышенную производительность, расширенный диапазон рабочих ширин и усовершенствованные системы контроля внесения. Одной из главных технических особенностей Axis 55 стала значительно увеличенная максимальная производительность внесения - до 675 кг удобрений в минуту. Это на 30 % больше по сравнению с предшественником. Благодаря такому показателю разбрасыватель способен обеспечивать норму внесения до 900 кг/га при рабочей ширине 36 метров и скорости движения машины 25 км/ч. При этом устройство сохраняет возможность работы с очень низкими нормами внесения, например, при распределении гранул против улиток, бе ...>>

Антоцианы черники: природная защита для зрения в темноте 14.07.2026

Специалисты все активнее изучают влияние растительных веществ на здоровье глаз. Особое внимание привлекают антоцианы - природные пигменты, которые придают яркую окраску многим ягодам и овощам. Новые данные показывают, что эти соединения способны не только защищать клетки глаз от окислительного стресса, но и ускорять восстановление родопсина - ключевого пигмента, отвечающего за способность видеть в условиях низкой освещенности. Антоцианы содержатся в большом количестве в чернике, голубике, ежевике, черной смородине, а также в краснокочанной капусте и некоторых других красных, синих и фиолетовых продуктах. Эти вещества обладают мощными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Они помогают нейтрализовать активные формы кислорода, которые повреждают клетки сетчатки и способствуют развитию хронического воспаления. По данным исследователей, антоцианы оказывают комплексное положительное влияние на зрительную систему. Они улучшают микроциркуляцию крови в сетчатке, поддержива ...>>

Случайная новость из Архива Квантовая гравитация с холодным зеркалом 11.06.2025 Вопрос о том, как именно гравитация проявляется на квантовом уровне, долгое время оставался одной из самых больших загадок современной физики. Несмотря на успехи в квантовой механике и теории относительности, ученым до сих пор не удалось разработать полноценную квантовую теорию гравитации. Для этого необходимо понять, ведет ли себя гравитация как классическая сила или же подчиняется законам квантовой физики. В недавнем эксперименте исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали важный шаг в этом направлении, охладив крошечный механический маятник до почти абсолютного нуля и изучив его поведение с невиданной точностью. Дончел Шин, исследователь из MIT, поясняет, что на сегодняшний день нет четкого способа проверить квантовую природу гравитации в лаборатории. Главной задачей является создание таких механических систем, которые одновременно достаточно массивны, чтобы ощутить влияние гравитации, и достаточно "квантовы", то есть лишены классического шума, чтобы проявить квантовые эффекты. В их эксперименте именно такой маятник - крутильный осциллятор - был охлажден с помощью лазеров до температуры около 10 милликельвинов, что составляет всего минус 273,14 градуса Цельсия. Этот крутильный маятник, размером не более сантиметра, является классическим инструментом в изучении гравитации - подобные механизмы использовались еще в знаменитом эксперименте Кавендиша в XVIII веке для измерения гравитационной постоянной. Теперь, применяя методы лазерного охлаждения, изначально разработанные для управления атомами, ученые пытаются объединить классическую механику с квантовыми законами. Использование лазеров позволило максимально снизить тепловое движение маятника, приблизив его к квантовому состоянию, где проявляются самые тонкие эффекты. Особенность эксперимента заключается в использовании зеркального оптического рычага - метода, когда лазерный луч направляется на зеркало, закрепленное на маятнике. Малейшие наклоны зеркала вызывают смещение отраженного луча, что фиксируется детектором и позволяет измерять крошечные угловые движения с чрезвычайной точностью. Однако исследователям пришлось бороться с шумами, вызванными дрожанием самого лазерного луча из-за внешних факторов, таких как воздушные потоки или вибрации оборудования. Для решения этой проблемы команда MIT применила метод с двумя лазерными лучами: один взаимодействует непосредственно с маятником, а второй отражается от дополнительного зеркала, фиксируя и устраняя нежелательные колебания. Благодаря этой технологии удалось снизить уровень шума в тысячу раз, что позволило выявлять движения маятника с точностью почти в десять раз превышающей собственные квантовые флуктуации системы. Таким образом ученым удалось достичь уровня измерений, близкого к фундаментальному квантовому пределу, хотя фактическое достижение основного квантового состояния маятника остается задачей для будущих исследований. Следующим этапом работы станет усиление оптического взаимодействия, в частности, с помощью создания оптического резонатора, который будет усиливать угловые сигналы, а также использования методов оптического захвата. Эти инновации могут открыть путь к более сложным экспериментам, в которых два крутильных маятника будут взаимодействовать исключительно через гравитацию. Такие исследования позволят впервые в лабораторных условиях проверить, является ли гравитация квантовой силой. Эксперимент ученых из MIT знаменует собой значительный прогресс в попытках объединить квантовую механику и гравитацию - две фундаментальные теории, которые до сих пор плохо согласуются между собой. Точные измерения с холодным крутильным маятником приближают нас к пониманию природы гравитации на самом глубоком уровне и могут стать ключом к построению единой теории всего - долгожданной мечты физиков всего мира.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026