Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Вверху: снимок дифракционной картины, отражающий структуру микроскопического объекта. Внизу: тот же объект, но отснятый с опозданием, то есть уже взорванный лазером - дифракционная картина совсем иная (фотографии H. N. Chapman)
Слева: упрощённая схема эксперимента, приведённая в релизе ливерморской лаборатории. Общий принцип на удивление прост - импульс рентгеновского лазера рассеивается на объекте и прежде, чем объект взорвётся, успевает донести его образ до "фотоаппарата". Справа: а судя по схеме, приведённой лабораторией DESY, в опыте была задействована ещё некая наклонная полупрозрачная пластина, направлявшая рассеянный пучок на фотоприёмник (иллюстрации Lawrence Livermore National Laboratory и H. N. Chapman)
Траектории атомов, вычисленные гидродинамической моделью, показывают белок с поперечником 2 нанометра, взрывающийся после того, как его облучили 20-фемтосекундным рентгеновским импульсом мощностью 12-килоэлектронвольт с диаметром луча 0,1 нанометра. Модели указывают, что изображение атомарного разрешения может быть достигнуто с импульсом длительностью до 20 фемтосекунд. Они также показывают, что молекулы воды, прицепленные к белку, замедляют его разрушение так, что и более длинные импульсы могут использоваться для съёмки. Масштабная линейка внизу - фемтосекунды (фемто - 10-15). Кривая показывает мощность импульса (иллюстрация Lawrence Livermore National Laboratory)
Ожидается, что новый рентгеновский лазер XFEL сможет даже снимать видеоролики с химическими реакциями между отдельными молекулами. Пунктирная линия - поток молекул, красным и синим показаны лучи лазера. Это упрощённая схема опыта (иллюстрация DESY)
Это только малая часть установки FLASH, позволившей получить необычные снимки (фото с сайта de.wikipedia.org)

Рентгеновский микроскоп взорвал лазером объекты наблюдения

Ключевые слова:  микроскопия, периодика, рентгеновское излучение

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

20 декабря 2006


Новый способ получения детальных изображений вирусов, бактерий и даже крупных органических молекул открыли учёные из США, Германии и Швеции. Они научились фотографировать тела нанометрового масштаба при помощи мощного ультракороткого импульса рентгеновского лазера. И не беда, что через несколько фемтосекунд объект съёмки просто исчезает, разлетевшись во все стороны облачком плазмы.

Об этом впечатляющем эксперименте поведала в последнем выпуске Nature Physics международная группа учёных во главе с Генри Чепменом (Henry Chapman) из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) и Яносом Хайду (Janos Hajdu) из университета Уппсалы (Uppsala University).

В эксперименте был задействован сравнительно новый (построенный в 2004 году) лазер на свободных электронах FLASH германской электронно-синхротронной лаборатории (DESY) в Гамбурге.

Проведённую недавно фотосъёмку можно назвать фотографией с самой короткой выдержкой: импульс рентгеновского лазера (с длиной волны 32 нанометра) длился всего 25 фемтосекунд. Луч проходил через объект съёмки, вкраплённый в мембрану толщиной всего 3 микрометра.

Энергия лазерного пульса нагревала образец приблизительно до 60 тысяч градусов Кельвина, так что он тут же испарялся.

Однако до того, как объект разлетался облачком плазмы, учёные ухитрялись зафиксировать дифракционную картину, по которой можно было точно восстановить "портрет" образца и его структуру.

Полученные в результате такой обработки чёткие изображения микроскопических объектов (их разрешение составило 50 нанометров) показали, что съёмка происходила действительно до того, как рентгеновский лазер успевал нанести повреждение фотографируемому объекту.

Предыдущие теоретические исследования предсказали, что можно получать образец дифракции от непрозрачных объектов. "Но оставались два важных вопроса, - говорит Хайду. - Получится ли изображение, поддающееся толкованию, от единственного и очень короткого импульса; и действительно ли дифракция передаст информацию о структуре объекта, прежде чем он будет разрушен? В нашем эксперименте мы впервые проверили всё это".

И, что самое интересное, возможности нового метода съёмки далеко не исчерпаны.

Чтобы получить изображения больших молекул с атомарным разрешением, такие эксперименты надо будет провести, используя лучи с ещё более короткими длинами волны, то есть применив не мягкий рентген, а жёсткий. Это лучи вроде тех, которые будут генерироваться с 2009 года на строящейся сейчас установке "Линейный источник когерентного света" (Linac Coherent Light Source - LCLS) в Стэнфорде или на европейском рентгеновском лазере XFEL, возводимом здесь же, в Гамбурге (он должен заработать в 2013-м). Так как новый метод, продемонстрированный в данном эксперименте, не требует никакого оптического формирования изображения (фактически у физиков получился безлинзовый микроскоп), он может быть расширен на эти лазеры с жёстким рентгеном.

Развитие же и внедрение в практику исследований такой экзотической фотографии создаст уникальные возможности для изучения структуры и динамики частиц нанометрового масштаба, включая большие биологические молекулы, без потребности в их предварительной кристаллизации, необходимой при обычном рентгеновском структурном анализе.

А это обещает революционизировать исследования структур веществ во многих областях науки (материаловедении, например), включая и биологию, и биохимию. Ведь здесь для новых исследований требуется очень высокое разрешение съёмки - как пространственное, так и временное.


В статье использованы материалы: MEMBRANA Люди. Идеи. Технологии.


Средний балл: 6.0 (голосов 1)

 


Комментарии
Юнусов Иван Сергеевич, 17 апреля 2014 06:58 
вот вам и пред история оружия будущего...

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Рыба фугу
Рыба фугу

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.