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.Лекция 19. Технические достижения и дизайн второй половины XX века 91

Чтобы получить изображение, зонд сканирует поверхность, а электронная

система считывает величину тока. В зависимости от того, как эта величина ме­

няется, острие либо опускается, либо поднимается. Таким образом система под­

держивает величину тока постоянной, а траектория движения острия повторя­

ет рельеф поверхности, огибая возвышенности и углубления.

Информация о движении острия преобразуется в изображение поверхно­

сти, которое строится по точкам на экране. Участки разной высоты для нагляд­

ности 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 со­

трудники фирмы «ИБМ» написали атомами ксенона на поверхности никеле­

вой 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 ко­

лебания высокой частоты (более 20 тыс. Гц) - человеческий слух не воспри­

нимает. Способность ультразвука без его существенного поглощения проникать

в мягкие ткани организма и отражаться от органических неоднородностей ис­

пользуется 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, происходя­

щих в организме человека.

Существует очень большое количество аппаратуры для проведения ультра­

звуковых исследований (УЗИ). Основополагающий элемент - датчик - состоит

из одного или нескольких пьезоэлектрических элементов, которые превращают

акустические и механические колебания в электрические и обратно. Его прикла­

дывают 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 томограф.

Одно из самых широких применений УЗИ нашло в области акушерства -

стало возможным воочию наблюдать за развитием плода в утробе матери. По­

лученные данные могут многое рассказать специалисту, но даже для него, не92 История дизайна, науки и техники

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 перемеща­

ются при помощи специального механизма. Компьютер накапливает информа­

цию последовательных двухмерных изображений и реконструирует трехмер­

ную картину, выводимую на экран. Благодаря развитию вычислительной тех­

ники 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 устрой­

ство, которое в первую очередь соответствовало функциональным и эксплуатаци­

онным требованиям. Оно просто в использовании и в то же время является са­

мым передовым на данный момент с технологической точки зрения. Эргономич­

ность системы обеспечивает практически идеальные условия как для врача, так и

для пациента