Нова концепция за микроскопия влиза в сила

Накратко: Новата концепция за сканираща силова микроскопия заменя традиционното вибриране на върха с вибриране на самия субстрат. Чрез използването на изключително тънка силициева нитридна мембрана като наномеханичен резонатор, този метод позволява постигането на безпрецедентна чувствителност при изобразяването на наномащаби.

Разработването на сканиращи сондови микроскопи в началото на 80-те години донесе пробив в изобразяването, отваряйки прозорец към света на наномащабите. Ключовата идея е да сканирате изключително остър връх върху субстрат и да запишете на всяко място силата на взаимодействието между върха и повърхността. При сканиращата силова микроскопия това взаимодействие е – както подсказва името – силата между върха и структурите на повърхността. Тази сила обикновено се определя чрез измерване на това как се променя динамиката на вибриращ връх при сканиране върху обекти, отложени върху субстрат. Често срещана аналогия е почукването с пръст по масата и усещането на предмети, поставени на повърхността.

Екип, воден от Александър Айхлер, старши учен в групата на проф. Кристиан Деген от Катедрата по физика на ETH Цюрих, обърна тази парадигма с главата надолу. В Physical Review Applied, те съобщават за първия сканиращ силов микроскоп, при който върхът е в покой, докато субстратът с пробите върху него вибрира.

Опашка, размахваща куче

Извършването на силова микроскопия чрез „вибриране на масата под пръста“ може да изглежда, че би направило цялата процедура много по-сложна. В известен смисъл това е така. Но овладяването на сложността на този обърнат подход идва с голяма печалба. Новият метод обещава да изтласка чувствителността на силовата микроскопия до нейната основна граница, извън това, което може да се очаква от по-нататъшни подобрения на конвенционалния подход на „почукване с пръсти“.

Ключът към превъзходната чувствителност е изборът на субстрат. „Таблицата“ в експериментите на Айхлер, Деген и техните сътрудници е перфорирана мембрана, изработена от силициев нитрид, с дебелина едва 41 nm. Сътрудниците на физиците от ETH, групата на Алберт Шлисер от Университета в Копенхаген (Дания), са установили тези мембрани с ниска маса като изключителни наномеханични резонатори с екстремни „качествени фактори“. Тоест, след като мембраната е наклонена, тя вибрира милиони пъти или повече, преди да си почине. Като се имат предвид тези изящни механични свойства, става изгодно да се вибрира „масата“, а не „пръстът“. Поне на теория.

Нова концепция, приложена на практика

Превръщането на това теоретично обещание в експериментална способност е целта на текущ проект между групите на Деген и Шлисер, с теоретичната подкрепа на д-р Рамасубраманян Читра и проф. Одед Зилберберг от Института за теоретична физика в ETH Цюрих. Като крайъгълен камък в това пътуване, експерименталните екипи сега демонстрират, че концепцията за мембранна сканираща силова микроскопия работи в реално устройство.

По-специално, те показаха, че нито зареждането на мембраната с проби, нито привеждане на върха на разстояние от няколко нанометра компрометира изключителните механични свойства на мембраната. Въпреки това, след като върхът се приближи до пробата още по-близо, честотата или амплитудата на мембраната се променя. За да може да измери тези промени, мембраната разполага не само с остров, където връхът и пробата си взаимодействат, но и втори – механично свързан към първия – от където лазерен лъч може да бъде частично отразен, за да осигури оптично чувствителен интерферометър.

Квантът е границата

Чрез този метод на работа, екипът успешно анализира златни наночастици и вируси на тютюневата мозайка. Тези изображения служат като принципно доказателство за новата концепция за микроскопия. Макар те все още да не тласкат възможностите към нова територия, дестинацията е точно такава.
Изследователите планират да комбинират своя нов подход с техника, известна като магнитно-резонансна силова микроскопия (MRFM), за да се даде възможност за ядрено-магнитен резонанс (MRI) с разделителна способност до отделни атоми, като по този начин може да предостави уникална представа, например за вирусите.

Ядрено-магнитен резонанс с атомен мащаб би бил друг пробив в изобразяването, съчетаващ крайната пространствена разделителна способност с изключително специфична физическа и химическа информация за изобразените атоми. За реализирането на такъв поглед е необходима чувствителност, близка до основната граница, дадена от квантовата механика.
Екипът е уверен, че могат да реализират такъв „квантово ограничен“ силов датчик, чрез по-нататъшен напредък както в мембранното инженерство, така и в методологията за измерване. С демонстрацията, че мембранно базираната сканираща силова микроскопия е възможна, амбициозната цел вече се приближи с една голяма стъпка към успеха.

Източник: sciencedaily.com
Превод: Радослав Тодоров

Живейте по-добре с наука!

  • Развийте критично мислене и изградете защита срещу дезинформация.

  • Придобийте ключови умения за по-добър живот с нашите курсове във формат текст, видео и аудио.

  • Открийте новостите и иновациите в медицината.

  • Само 3 минути дневно са достатъчни, за да трансформирате живота си!

  • Всеки месец ви очаква нов брой с увлекателни статии по биология, космос, технологии, история, медицина и много други.

Изживейте науката навсякъде и по всяко време, като я четете на най-удобното за вас устройство.

 
Годишен абонамент
ВИЖ ПОВЕЧЕ
  • Безкрайно знание - списание, видеа, аудио, книги и т.н.
  • Достъп от всякъде
  • Социална мрежа за знание с хора като вас.

Създадохме платформа, която предлага курсове и ръководства, насочени към решаването на житейски предизвикателства чрез научно обосновани методи. Тя не само подпомага личностното развитие, но и предоставя ценни знания за водене на по-здравословен, успешен и пълноценен живот. Благодарение на научния подход, потребителите ще имат възможност да подобрят своето благосъстояние и да постигнат по-високо качество на живот.

БГ Наука
Powered by  GDPR Cookie Compliance
Правила на поверителност

Използваме „бисквитки“, за да персонализираме съдържанието и рекламите, да предоставяме функции на социални медии и да анализираме трафика си. Също така споделяме информация за начина, по който използвате сайта ни, с партньорските си социални медии, рекламните си партньори и партньори за анализ.

Можете да коригирате всички настройки на „бисквитките“, като отворите разделите вляво.