Сканирующий зондовый микроскоп
Развитие нанотехнологий немыслимо без соответствующего оборудования.
Увеличительная способность оптических микроскопов явно недостаточна, а
электронные не подходят в силу своей специфики - исследование образцов
только в вакууме. Чтобы обеспечить фундаментальные исследования на атом-
но-молякулярном уровне, сборку и функциональную диагностику наноуст
ройств, необходимы принципиально иные устройства - а именно зондовые
приборы. Зондовые микроскопы имеют рекордное разрешение - менее 0,1 нм.
Они могут измерить взаимодействие между поверхностью и сканирующим ее
микроскопическим острием - зондом, выводя трехмерное изображение на эк
ран компьютера.
Изобрели зондовый - сканирующий - туннельный микроскоп в 1981 году
сотрудники Исследовательского центра фирмы IBM Г. Биннинг и X. Рорер
(США). Через пять лет за это изобретение они были удостоены Нобелевской
Премии
Чтобы получить изображение, зонд сканирует поверхность, а электронная система считывает величину тока. В зависимости от того, как эта величина меняется, острие либо опускается, либо поднимается. Таким образом система поддерживает величину тока постоянной, а траектория движения острия повторяет рельеф поверхности, огибая возвышенности и углубления.
Информация о движении острия преобразуется в изображение поверхности, которое строится по точкам на экране. Участки разной высоты для наглядности окрашиваются в различные цвета. Возможности микроскопа велики - с помощью иглы микроскопа даже наносят рисунки на металлические пластины, для чего используют в качестве «пишущего» материала отдельные атомы: их осаждают на поверхность или удаляют с нее. Таким образом, в 1991 году сотрудники фирмы «ИБМ» написали атомами ксенона на поверхности никелевой пластины название своей фирмы - IBM. Букву I составили всего 9 атомов, а буквы В и М - 13 атомов каждую.
Существуют более 30 методик принципа работы сканирующего зондового микроскопа. С помощь таких приборов совершаются наиболее сенсационные открытия в генетике и медицине, создаются материалы с удивительными свойствами.
Аппаратура ультразвуковой диагностики
Метод исследования органов и тканей при помощи ультразвука широко применяется во всем мире с середины XX века. Ультразвук - механические колебания высокой частоты (более 20 тыс. Гц) - человеческий слух не воспринимает. Способность ультразвука без его существенного поглощения проникать в мягкие ткани организма и отражаться от органических неоднородностей используется для исследования внутренних органов. Благодаря этому методу был совершен настоящий прорыв в области здравоохранения. Медики без особого труда смогли диагностировать целый ряд патологий и процессов, происходящих в организме человека.
Существует очень большое количество аппаратуры для проведения ультразвуковых исследований (УЗИ). Основополагающий элемент - датчик - состоит из одного или нескольких пьезоэлектрических элементов, которые превращают акустические и механические колебания в электрические и обратно. Его прикладывают к поверхности кожи, на которую нанесен слой геля, обеспечивающего хороший акустический контакт. Электрический сигнал, подаваемый на датчик, преобразуется им в механические колебания, которые и распространяются в глубь тканей. На границах между тканями волны преломляются и отражаются, создавая эхосигнал, возвращающийся к датчику. Там он вновь превращается в электрический, и после обработки формирует изображение внутренних органов пациента на экране монитора. Ультразвуковой аппарат-сканер, соединенный с компьютером, - это уже ультразвуковой томограф17.
Одно из самых широких применений УЗИ нашло в области акушерства - стало возможным воочию наблюдать за развитием плода в утробе матери. Полученные данные могут многое рассказать специалисту, но даже для него, н
91
е говоря уже о будущей маме, интерпретация полученных изображений бывает затруднительна. Совсем другое дело - многомерные ультразвуковые сканеры.По принципу работы они мало чем отличаются от двухмерных, но перемещаются при помощи специального механизма. Компьютер накапливает информацию последовательных двухмерных изображений и реконструирует трехмерную картину, выводимую на экран. Благодаря развитию вычислительной техники и мгновенной обработке большого количества данных стало возможным увидеть полноценное трехмерное изображение.
Приборы компании «Филипс» позволяют увидеть даже черты лица будущего ребенка. Следуя своей политике «Разумно и просто», компания создала устройство, которое в первую очередь соответствовало функциональным и эксплуатационным требованиям. Оно просто в использовании и в то же время является самым передовым на данный момент с технологической точки зрения. Эргономичность системы обеспечивает практически идеальные условия как для врача, так и для пациента18.
Образное решение блока системы управления и вывода информации носит подчеркнуто «очеловеченный» характер в виде этакого симпатичного робота на колесиках с подвижным экраном, удобным для демонстрации изображения [19.7].