Европейские физики показали, что частицы разных размеров, находящиеся под действием осциллирующей и статической сил в канале с зубчатыми стенками, можно заставить двигаться в противоположные стороны.
Физики из Испании и Германии составили теоретическое описание оригинального механизма сортировки микроскопических частиц по размеру.
Задачу сортировки приходится решать при анализе ДНК или белков и создании коллоидных растворов. В экспериментах такого рода исходную массу вещества иногда пропускают через гелевую или пористую среду, в которой частицы разного радиуса движутся с разной скоростью, постепенно отходя друг от друга.
В новой методике, разработанной европейскими учёными, ключевым фактором становится уже не скорость, а направление движения. Чтобы заставить частицы, различающиеся по диаметру, смещаться в противоположные стороны, авторы предлагают поместить их в канал с зубчатыми стенками, которые имеют асимметричный профиль зуба. Когда к частицам в такой схеме, показанной на рисунке ниже, прикладывается некая осциллирующая сила F(t), создаваемая, к примеру, осциллирующим электрическим полем и действующая в продольном направлении, они «в целом» начинают двигаться вправо, причём более крупные делают это быстрее.
Пару переменной силе составляет постоянная (f), направленная влево. Поскольку сравнительно большим объектам движение в эту сторону даётся, как подтверждают расчёты, труднее, при корректном выборе амплитуды второй силы группа частиц с наибольшими размерами продолжит смещаться вправо, а менее крупные — пойдут обратно, подгоняемые f. Таким образом, экспериментатор, определяя амплитуду f и геометрические параметры канала, будет устанавливать пороговый радиус частиц, в соответствии с которым они должны разделяться на группы, и эффективность сортировки.
Оценивая возможности нового механизма, физики смоделировали сортировку смеси фрагментов ДНК, на 25% отличающихся друг от друга по эффективному радиусу. Вычисления показали, что «качество» разделения фрагментов может достигать 99,997% — величины, которая превосходит показатели стандартных лабораторных методик.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно загрузить с сайта arXiv.
Подготовлено по материалам Американского физического общества.
Просмотров 
