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

 

Скорлупа
Скорлупа

Стань частью первой в России магистерской программы в области LED- технологий!
Стать участником первой в России магистерской программы в области LED- технологий можно уже на первой волне вступительных испытаний 8 и 9 июля, подав документы в Приемную комиссию Университета ИТМО (г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д. 49). Документы также можно подать почтой.

20 июня в МГУ стартовала приёмная кампания
20 июня в МГУ имени М.В. Ломоносова стартовала приёмная кампания. В новому учебном 2019/2020 году в Московский университет поступят около 10 тысяч абитуриентов, откроются 4 новых направления подготовки и свыше 10 образовательных программ.

Коллекция статей в Frontiers in Chemistry, посвященная Международному Году Периодической Таблицы Элементов
Открыт прием статей в коллекцию Frontiers in Chemistry (Open Access, IF 4.155), посвященной 150 - летию Периодической Таблицы Элементов.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

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.