Najmniejsza na świecie komora reakcyjna

Zdjęcie konfokalne 2 cieczy tworzących stożek Taylora/M. Gill-Univ. Warwick

Miniaturyzacja, z którą stykamy się na co dzień w nauce objęła również prowadzenie reakcji chemicznych. Zespół naukowców z Nowej Zelandii i Wielkiej Brytanii zbudował najmniejszą na świecie komorę reakcyjną, w której objętość mieszaniny reakcyjnej mierzy się w femtolitrach (jednej biliardowej litra). Reaktor posłuży do badania reakcji biochemicznych zachodzących w pojedynczych komórkach.

Reaktor składa się obecnie tylko z mikroskopijnej chmury cieczy i jest produkowany za pomocą jonizacji przez rozpylanie w polu elektrycznym (elektrorozpylanie), w której ciecz jest zamieniania w dużą ilość naładowanych kropelek poddanych wysokiemu napięciu i wyrzucana przez dyszę zbudowanej z cienkiej kapilary.

Podobnie jak woda, która rozpryskuje się z dyszy węża ogrodowego, tak naładowane kropelki wylatujące z dyszy tworzą kształt stożka Taylora. Ponieważ elektrorozpylanie przekształca atomy i cząstki w jony, jest używane w spektrometrii mas do przygotowywania próbek.

W konwencjonalnym elektrorozpylaniu naładowane kropelki wylatują z pojedynczej dyszy (igły) i tworzą pojedyncze stożki Taylora. Poprzez użycie dwóch oddzielnych dyszy dla różnych cieczy, które są w bliskiej odległości od siebie naukowcy zdołali „w locie" połączyć obie ciecze i stworzyć „mikroreaktor". Wymagało to oczywiście dobrania odpowiednio małych dysz i szybkości podawania cieczy oraz objętości. Co więcej bezpośrednio po zajściu reakcji połączona kropla może trafiać do spektrometru masowego i być poddawana analizie.

Nowe rozwiązanie przetestowano budując pokryty metalem, dwukanałowy emiter elektrorozpylający, w którym pojedyncza kołowa kapilara ma 4,5 mikrony średnicy i jest rozdzielona na dwa półokrągłe kanały. Rozpylono w takim układzie cząsteczki o różnych kolorach, które zostały połączone w jeden stożek Taylora, następnie eksperyment powtórzono z antybiotykiem w jednym kanale i białkiem w drugim, które również się połączyły. Reakcja trwała zaledwie kilkadziesiąt mikrosekund, a otrzymany kompleks antybiotyku i białka został wykryty w spektrometrze masowym.

W ten sposób pokazano, że reakcje biochemiczne można prowadzić w bardzo małej skali, oszczędzając w ten sposób drogie odczynniki lub powiększając ilość eksperymentów przy tym samym koszcie. Co więcej, użycie dwóch kanałów pozwala na rozszerzenie zastosowania techniki elektrorozpylania.

(pj)