Mechanické váhy velké jen několik tisícin milimetru dovedou zvážit jednotlivé molekuly. Využití by mohly najít v lékařské diagnostice, při studiu biochemických pochodů v buňkách i v nanotechnologickém výzkumu.
Klíčovou součástí miniaturních vah vyrobených ze sloučeniny křemíku je struktura připomínající most, která vibruje s frekvencí řádově milionů kmitů za sekundu. Když na ni dosedne zkoumaná molekula, svou vahou sníží frekvenci vibrací. A z tohoto poklesu lze vypočítat hmotnost zátěže.
Váhy vyvinuli odborníci z Kalifornského technologického institutu (Caltechu) ve spolupráci s technickou laboratoří CEA-LETI ve francouzském Grenoblu. Informují o ní v časopise Nature Nanotechnology.
První verze vah vznikla už v roce 2009, tehdy ale ještě přesnost měření závisela na poloze měřené částice na mostě, kterou nebylo možno spolehlivě zjistit. Bylo proto třeba provést stovky měření téhož typu částice, aby bylo pomocí statistických metod možno určit její hmotnost.
Nová verze si vystačí s jediným měřením. Most totiž nově kmitá ve dvou vibračních módech. Vibruje jednak celý, jednak jeho dvě poloviny s nehybným uzlem uprostřed. Most tak vytváří esovitou strukturu, která se vlní jako had a zároveň s jinou frekvencí vibruje celou svou délkou. Měřením poklesu frekvence v obou vibračních módech lze určit i polohu zkoumané částice na mostě a díky tomu jednoznačně vypočítat její hmotnost.
Funkčnost vah vědci demonstrovali zvážením molekuly imunoglobulinu IgM - bílkovinné protilátky vytvářené bílými krvinkami. Vyrábět takové váhy ve velkých počtech by nemělo být příliš obtížné, protože lze použít stejnou technologii, jaká se běžně používá při výrobě polovodičových elektronických součástek.
Řešení pro molekulární Otesánky
Váhy by mohly doplnit jinou metodu používanou pro zjišťování hmotnosti molekul - hmotnostní spektrometrii. Ta pracuje s velkým množstvím molekul, které jsou nejprve ionizovány, takže nesou elektrický náboj, a potom jsou vystaveny působení magnetického pole, které mění dráhu jejich pohybu. Z míry zakřivení lze odvodit jejich hmotnost.
Hmotnostní spektrometrie umožňuje mimo jiné určovat chemické složení zkoumaného vzorku, protože z naměřených hmotností lze usuzovat na charakter molekul. Metoda si však neporadí s příliš těžkými objekty - například s makromolekulami bílkovin nebo s virovými částicemi. Právě v takových případech by ji mohly nové mechanické váhy zastoupit.
