Новий електронний мікроскоп може знімати "танці" молекул і атомів
Сучасні електронні мікроскопи дозволяють вченим вивчати структуру і будову мікроорганізмів, окремих живих клітин, проникати вглиб металів, кристалів, мікроскопічних структур і в інші місця, куди неможливо зазирнути за допомогою звичайних оптичних мікроскопів. На жаль, в переважній більшості випадків сучасні електронні мікроскопи дозволяють отримати тільки статичні зображення, що істотно обмежує можливості вчених у галузі вивчення процесів, що відбуваються всередині досліджуваних об'єктів.
У 1990-х роках ученим за допомогою коротких імпульсів лазерного світла вдалося з допомогою електронного мікроскопа провести першу зйомку в режимі реального часу рухів молекул газоподібного речовини під час їх участі у хімічній реакції, але якість і швидкість цієї зйомки залишали бажати кращого, незважаючи на те, що це було справжнім досягненням на той момент часу. А в даний час, новий електронний мікроскоп нового покоління, розроблений і виготовлений групою вчених з Мічиганського університету (Michigan State University), дає в руки вченим можливість здійснювати високошвидкісну відеозйомку процесів, що протікають на нанорозмірному рівні. Якість і швидкість зйомки дозволяють побачити руху окремо взятих атомів всередині молекул, задіяних у хімічних реакціях або інших процесах.
Група вчених, очолювана професором фізики Чон-Ю Руэн (Chong-Yu Ruan), є однією з небагатьох груп у всьому світі, розробляють електронні технології формування зображень нанорозмірних об'єктів в фемтосекундном масштабі часу. Одна фемтосекунда є однієї мільйонної з однієї мільярдної частки секунди і являє собою базовий проміжок часу, потрібний атомам і молекулам на виконання низки дій, таких, як передача електричного заряду або участь у процесах хімічних перетворень.
"Реалізація технології фемтосекундной електронної зйомки дозволяє вченим дослідити у всіх деталях всі процеси, що відбуваються всередині нанорозмірних об'єктів і пристроїв" - розповідає професор Руэн, - "Тепер ми дали вченим в руки новий інструмент, який дозволить їм побачити те, що раніше було приховано від очей, і зазирнути на рівень, де відбуваються певні фізичні, хімічні і біологічні перетворення".
Патент, поданий групою професора Руэн, описує пристрій, що має модульну конструкцію, завдяки чому його можна пристосувати для використання з більшістю моделей існуючих електронних мікроскопів, дозволяючи вченим отримати всі функції і можливості нової технології без потреби придбання цілого комплексу дорогого обладнання. "Типовий електронний мікроскоп в середньому коштує від 1 до 10 мільйонів доларів, наш пристрій оцінюється приблизно в 500 тисяч доларів. Його використання дозволить модернізувати існуючі мікроскопи, кардинально збільшивши їх роздільну здатність і швидкодію, не витрачаючи на це великих сум грошей" - розповідає професор Руэн.
Слід зазначити, що створення нового електронного мікроскопа спочатку проводилося групою професора Руэна для реалізації технології надшвидкісний електронної кристалографії, технології, яка дозволяє вивчати нанорозмірні кристали і процеси, що відбуваються всередині кристалів і на їх поверхні під час взаємодії з іншими хімічними елементами. А зараз ця група вчених працює над створенням ще одного швидкісного електронного мікроскопа, який забезпечить високу яскравість електронного променя і контрастність одержуваних зображень, і в якому для формування коротких проміжків часу замість світла лазера будуть використовуватися промені високочастотних радіохвиль.