Nanotunnel kan måle verdens mindste dryp

En ny hollandsk nanotunnel til måling af væskestrømning kan måle helt ned til 10 picoliter pr. minut. Det svarer til, at det tager fem år at presse en vanddråbe gennem tunnelen.

Af Jens Ramskov 14. sep 2012 kl. 10.47

Nogle af verdens bedste nanoblikkenslagere findes i Holland.

Forskere ved universitetet i Twente har nemlig udviklet en ny metode til at måle strømningshastigheder under 10 picoliter pr. minut eller en halv milliliter pr. århundrede.

Serge Lemay og hans kolleger skar en 5 mikrometer bred og 0,13 mikrometer høj kanal i en silicium-skive og placerede metalelektroder på toppen og bunden af skiven. Herved er det muligt at detektere elektrokemiske aktive molekyler, som forskerne opløste i væsken i kanalen.

Elektrokemiske aktive molekyler (røde) transporterer strøm mellem de to elektroder (top og bund). Når der er en væskestrømning i kanalen, vil der optræde fluktuationer i strømstyrken. Hastigheden, hvormed disse fluktuationer udbreder sig fra den ene ende af kanalen til den anden, kan bestemmes med en statistisk analyse.

Når der påtrykkes en spænding på elektroderne, vil de elektrokemisk aktive molekyler transportere elektroner fra den negative elektrode til den positive elektrode.

Hvert molekyle kan udføre denne shuttle-service flere tusinde gange i sekundet og dermed give anledning til en strømstyrke på nogle femtoampere.

Når der foregår en væskestrømning i kanalen, vil der optræde fluktuationer i den målte elektriske strømstyrke. Med en statistisk analyse kan det bestemmes, hvor lang tid det tager en fluktuation, der optræder ved en sensor i den ene ende af kanalen, at nå frem til en sensor i den anden ende af kanalen.

Fluktuationerne hænger sammen med de små tilfældige, brownske bevægelser for molekylerne.

Grænsen for detektion viste sig at være ca. 10 picoliter pr. minut. Med denne hastighed vil det tage godt og vel fem år at presse en typisk vanddråbe på 30 mikroliter gennem kanalen.