Bardzo czułe nanodruty do wykrywania wiązek jonów
Uczeni prowadzący badania w ramach finansowanych ze środków UE projektów SuperMaMa i ATTRACT dokonali ważnego przełomu polegającego na wykazaniu skuteczności nadprzewodzących nanodrutów w wykrywaniu jonów białkowych. Dowiedli oni, że wysoka czułość energetyczna czujników wykonanych z nadprzewodzących nanodrutów pozwala im zbliżyć się do wydajności kwantowej wynoszącej 100 % i uzyskać nawet 1 000 razy większą wydajność wykrywania jonów białkowych w porównaniu z konwencjonalnymi detektorami jonów. Czujniki te posiadają również zdolność rozróżniania makrocząsteczek na podstawie ich energii uderzenia, czego nie potrafią konwencjonalne detektory. Zdolność ta umożliwia wykrywanie białek z większą czułością, a także pozyskiwanie większej ilości danych z analiz wykonywanych przy użyciu spektrometrii mas. O wynikach tych badań można przeczytać na łamach czasopisma „Science Advances”. Wiele dziedzin, takich jak badania nad białkami, diagnostyka i analityka, wymaga od naukowców wykrywania i analizowania makrocząsteczek. Podstawowym narzędziem wykorzystywanym w takich przypadkach jest często spektrometria mas. Działanie tej techniki polega na oddzielaniu jonów obecnych w próbce według stosunku ich masy do ładunku i mierzeniu intensywności sygnałów generowanych przez czujnik. Jednak pewną wadą konwencjonalnych detektorów jest ich skuteczność jedynie w odniesieniu do cząstek o wysokiej energii uderzenia. Nowe czujniki wykonane z nadprzewodzących nanodrutów, które udało się opracować korzystającemu z unijnego wsparcia zespołowi badawczemu, pozwalają na pokonanie tego ograniczenia.
Doskonałe czujniki
Naukowcom udało się po raz pierwszy wykazać, że nadprzewodzące nanodruty mogą być doskonałymi czujnikami wiązek białek w analizator_masy (kwadrupolowej spektrometrii mas), gdzie jony są rozdzielane na podstawie stabilności ich trajektorii lotu przez oscylujące pole elektryczne w kwadrupolu. „Jeśli teraz zastosujemy nadprzewodzące nanodruty zamiast konwencjonalnych czujników, jesteśmy w stanie zidentyfikować nawet te cząstki, które zderzają się z detektorem z niską energią kinetyczną”, wyjaśnia starszy autor badania prof. Markus Arndt z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii, uczelni koordynującej projekt SuperMaMa, cytowany w komunikacie prasowym opublikowanym na stronie internetowej uniwersytetu. Czynnikiem, który to umożliwia, jest nadprzewodnictwo nanodrutów. Ale jaki jest mechanizm działania? Otóż, jak czytamy we wspomnianym komunikacie, „nanodruty osiągają stan nadprzewodnictwa w bardzo niskich temperaturach”, tracąc opór elektryczny i umożliwiając przepływ prądu bez utraty energii. Napływające jony wywołują wzbudzenie nadprzewodzących nanodrutów, co powoduje powrót do normalnego stanu przewodzenia. Podczas przejścia kwantowego zmiana właściwości elektrycznych nanodrutów jest interpretowana jako sygnał detekcji. „Zastosowanie przez nas czujników nanodrutowych pozwala wykorzystać potencjał kwantowego przejście ze stanu nadprzewodzącego do normalnego stanu przewodzenia, dzięki czemu nasze rozwiązanie może przewyższyć osiągi konwencjonalnych detektorów jonów nawet o trzy rzędy wielkości”, wyjaśnia główny autor badania Marcel Strauß, również będący pracownikiem Uniwersytetu Wiedeńskiego. Czujniki wykonane z nanodrutów cechuje niezwykła wydajność kwantowa przy niskich energiach uderzenia. „Ponadto spektrometr mas wyposażony w taki czujnik kwantowy jest w stanie nie tylko rozróżniać cząsteczki według stosunku masy do ładunku, ale także klasyfikować je według ich energii kinetycznej. Zwiększa to czułość detekcji i oferuje możliwość uzyskania lepszej rozdzielczości przestrzennej”, zauważa pierwszy autor badania. Jest to ważne odkrycie, które otwiera drogę do nowych zastosowań czujników nanodrutowych w obszarach wymagających wysokiej wydajności i dobrej rozdzielczości przy niskiej energii uderzenia. Prace w ramach projektów SuperMaMa (Superconducting Mass Spectrometry and Molecule Analysis) i ATTRACT (breAkThrough innovaTion pRogrAmme for a pan-European Detection and Imaging eCosysTem) dobiegły już końca. Więcej informacji: strona projektu SuperMaMa strona projektu ATTRACT
Słowa kluczowe
SuperMaMa, ATTRACT, kwantowy, nanodruty, nadprzewodzące nanodruty, detektor, czujnik, spektrometria mas, energia, jony białkowe
