25. Учебное нанотехнологическое оборудование “умка”

Сканирующий туннельный микроскоп “УМКА”, произведен отечественными инженерами, концерном “Наноиндустрия”.

Созданная специально для обучения нанотехнологов, такая установка может быть использована для исследовательских и лабораторных работ на атомно-молекулярном уровне в области физики, химии, биологии, медицины, генетики и других наук. Комплекс “УМКА” включает в себя: туннельный микроскоп, систему виброзащиты, набор тестовых образцов, наборы расходных материалов и инструментов. Программа с открытым кодом позволяет управлять экспериментами и наблюдать результаты с обычного компьютера. Ниже приведены основные достоинства комплекса “УМКА”: разрешение до 0,01 нм; низкая стоимость; малые габариты; не требует специального обучения для работы; нет механических деталей, требующих смазки и ремонта; повышенная виброустойчивость и помехозащищенность; не требуется специальные помещения и фундамент; возможность работы в вакууме и неагрессивных газах; сканирование пленок и биообъектов без предварительного напыления металла (работа на ультранизких токах); высокая температурная стабильность, позволяющая проводить длительные манипуляции с группами атомов; высокая скорость сканирования, позволяющая наблюдать быстропротекающие процессы; гибкое программное обеспечение с открытым кодом; для управления используется обычный персональный компьютер и др.

26. Нановесы

Можно ли взвесить объект, масса которого в десятки миллионов раз меньше микрограмма? Для работы с подобными микроскопическими телами недавно сотрудниками Технологического института штата Джорджия (США) были созданы самые чувствительные и самые маленькие в мире весы. Они состоят из тонкогокантилевера-нанотрубки длиной около 4 микрон (он то и представляет собой чашу весов). В основе работы нановесов лежит следующий физический эффект: собственная частота колебаний пружины зависит от массы груза и ее жесткости.

ω=√k/m

Зная коэффициент упругости пружины и измерив частоту ее колебаний, можно с легкостью определить массу частицы, находящейся на ее конце. Точно так же можно измерять массу, подсоединенную к свободному концу нанотрубки. В созданных весах кантилевер приводится в колебательное движение с помощью импульса лазера или переменного электрического поля. При этом он освещается тонким лазерным лучом, способным улавливать мельчайшие отклонения его собственной частоты колебания. Как только частица попадает на кантилевер, частота его колебаний уменьшается. Сдвиг собственной частоты из-за искомой добавочной массы измеряется с помощью “зайчика”, отражающегося от кантилевера. Если известна упругость нанотрубки, то можно по смещению резонансной частоты определить массу частицы. И присоединенная масса (даже очень незначительная) может быть определена путем простого вычисления. На нановесах можно “взвесить” объект массой около 10^_15 г! При присоединении такой массы резонансная частота падает более чем на 40%. Более точных методов измерения массы предельно малых объектов, чем нановесы, пока еще нет. Исследователи взвесили таким образом даже вирусы. Нанотрубочные весы нашли широкое применение для измерения бактерий, клеток, биомолекул и других биологических объектов.