|
|
Субботний блик науки № 99
Шесть нанометров
Между тем, всё глубже и глубже в микроструктуру материи нацеливают человеческое зрение. Конечно, не самым прямым образом, а через всё новые и новые микроскопы.
Скажем, первые микроскопы, построенные изобретателями, которых обуял исследовательский дух, оказались световыми. И тут, даже если рассматривать самые совершенные образчики световой микроскопической техники, степень детализации не превышает долей микрометра — потому как физический предел. (Правда, не так давно физики передумали и предел отменили, но об этом мы писали в другой истории.)
Но в масштабе микрометров многое ли увидишь? Тут даже и структуру типичной бактерии совсем не видно. Ну, то есть, вооружившись световым микроскопом, увидели много нового (хотя бы и сами бактерии), чем сподвигли биологию и медицину на принципиально иной уровень. Вот только открывшиеся перспективы сильно способствовали росту задора и пыланию исследовательского запала естествоиспытателей. Хотелось посмотреть на ещё более мелкое. Так появился электронный микроскоп.
В случае с последним разрешающая способность оказалась столь велика, что перед глазами смотрящего явились снимки, демонстрирующие даже отдельные молекулы, а не то что волоски на панцире пылевого клеща. Правда, не всё можно увидеть и электронным микроскопом. И дело не в том, что и здесь есть физические пределы, а в том, что пучок электронов, служащий основой наблюдения, это весьма жёсткое излучение, запросто разрушающее структуру образца. Так что вместо живой клетки видны одни химические руины. Разве это хорошо? Нет. Это плохо.
Поэтому прогресс продолжают подталкивать вперед. К новым решениям.
Одним из таких новых решений является использование специальным образом сгенерированного рентгеновского излучения, а вернее сказать, хитрого рентгеновского лазера. О первом успешном опыте по этой теме заявил недавно немецкий исследовательский центр DESY, специализирующийся в физике элементарных частиц.
В DESY работает установка FLASH (Freie-Elektronen LASer in Hamburg). Это здоровенная установка, длиной более двухсот пятидесяти метров, служащая для получения лазерного излучения с длиной волны всего лишь в 6 нанометров. Эти самые «шесть нанометров» и есть ключ к высокому разрешению, к проникновению взглядом во всё большие глубины молекул. Все потому, что возможности по наблюдению «мелких масштабов» самым тесным образом связаны с длиной волны «опорного излучения». С большой длиной волны нечего влезать в «тонкие структуры», для наблюдения малого требуется короткая длина. (Стоит отметить, что намеченной длины волны в 6 нанометров FLASH сейчас не обеспечивает, эксперименты проводятся на длине волны в 32 нанометра.)
В случае с проектом FLASH, помимо длины волны, есть и второй важный ключ — он в том, что излучение здесь генерируется лазерное. (И вправду, рентгеновские лучи подобных длин генерировать — невелика наука, но попробуйте сделать лазер на этой частоте.) Физические свойства лазерного излучения позволяют, анализируя картинку «рассеяния» этого излучения на объекте исследования, получить подробную информацию о микроустройстве образца, вычислительными методами обеспечивая существенно большую разрешающую способность, чем если бы использовалось нелазерное рентгеновское излучение с той же длиной волны.
Ранее с использованием рентгеновского лазера наблюдали кристаллические, регулярные структуры — на таких проще получить более высокую разрешающую способность. И вот впервые «пронаблюдали» единичный, точечный, объект.
Для построения картинки использовался сверхкороткий импульс лазера FLASH, продолжительностью всего в 25 фемтосекунд и с длиной волны в 32 нанометра. Образцом для наблюдения послужил объект размером около трёх нанометров. Конечно, рентгеновский лазер остаётся источником жесткого излучения, и образец, угодив под импульс, испарился в какие-то микроскопические доли секунды. Но в том-то и хитрость эксперимента, что прежде, чем образец исчез, разрушившись, получилось зафиксировать картину «рассеяния» излучения.
Иными словами, убивший объект исследования импульс оставил в сенсорах прибора «мгновенное фото» объекта, зафиксированное аккурат перед его уничтожением. Так что, если отбросить гуманистические хитрости, особой беды от уничтожения предмета наблюдения нет, раз метод позволяет пронаблюдать его «как живого».
Вывод прост: объектом для нового микроскопа, успешно испытанный прототип которого имеет размер в две с половиной сотни метров, может являться не только мелкая бактерия, но и отдельный вирус. Причём зафиксированный удивительным образом снимок донесёт до глаз исследователя именно структуру живого препарата, а не те руины, которые показывает микроскоп электронный.
Правда, это будет самое последнее прижизненное фото бедной бактерии.
23.12.2006
Теги: микроскопы
технологии
физика
|
Ваш отзыв автору
|
|
|
