Сотрудники физического факультета МГУ получили патент на элемент микроскопа для рентгеновского излучения, который позволит снимать высококачественные снимки внутренней структуры образцов без необходимости специальной пробоподготовки.
Массив из 100 линз, занимающий на стеклянной подложке не более 3 мм, вес которого — десятые доли грамма
Работа выполнена в рамках деятельности научно-образовательной школы МГУ «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект».
Устройство относится к области рентгенотехники и может быть использовано в качестве основы методов рентгеновской микроскопии, высокоразрешающей томографии, спектроскопии, флуоресцентной спектрометрии, востребованных для решения задач, требующих фокусировки, коллимации или сбора рентгеновского излучения.
Во многих бурно развивающихся областях науки — биологии, химии, медицине или фундаментальной̆ физике — возникает потребность изучения объектов или процессов в нанометровом масштабе. Чаще всего на данный момент эту задачу решают при помощи электронного микроскопа.
Однако работа с электронным микроскопом — непростое занятие: в камере микроскопа необходимо поддерживать вакуум, а сам образец для получения качественной картинки должен быть покрыт тонким слоем металла.
«Это приводит к тому, что исследовать живые образцы, например клетки, при помощи электронного микроскопа крайне затруднительно — “живая” клетка в вакууме может лопнуть из-за внутреннего давления, а попытки ее металлизировать могут повредить клетку или исказить ее форму. Ко всему прочему, электронный пучок может проникнуть в глубину образца всего на несколько микрон, что делает затруднительными исследования внутренней структуры», — рассказал старший научный сотрудник физического факультета МГУ Петров Александр.
Тем не менее изучать маленькие биологические объекты все же необходимо. Для этого можно использовать рентгеновское излучение. Оно может проникать очень глубоко в биологические ткани, а также не требует проведения дополнительных специальных операций с образцом, часто приводящих к его разрушению.
«При создании такого рода микроскопа стоит задача фокусировки рентгеновского излучения. Для этих целей используют системы зеркал, дифракционные пластинки или преломляющую оптику (линзы). У линз для фокусировки рентгеновского излучения есть несколько отличий от линз для видимого диапазона. Во-первых, из-за того, что показатель преломления материала для рентгеновского излучения меньше единицы, линзы для фокусировки должны быть не выпуклыми, а вогнутыми. Во-вторых, поскольку разница показателей преломления у материалов и воздуха очень небольшая (от тысячной до миллионной доли), нужно делать целые массивы из десятков, а то и сотен вогнутых линз, которые расположены в ряд — на одной оптической оси», — добавил Александр Петров.
Такие конструкции называют составными преломляющими рентгеновскими линзами (СПРЛ). На данный момент СПРЛ чаще всего делают из бериллия и кремния в форме двояковогнутых параболоидов вращения методами штамповки или выполняют в кросс-геометрии путем ультрафиолетовой литографии с последующим травлением. Разрешение картинки, полученной на рентгеновском микроскопе, определяется размерами фокусного пятна, то есть поперечными размерами пучка в фокусе.
Для того чтобы изготовить легкие, компактные трансфокаторы с фокусным пятном меньших размеров, можно использовать современные методы 3Д-печати, такие как метод двухфотонной лазерной литографии (2PP). 2РР основана на эффекте «двухфотонного поглощения» – лазер засвечивает резист на длине волны в ближнем ИК-диапазоне, для которого резист прозрачен. В фокальной области интенсивность излучения настолько велика, что становится заметным нелинейный процесс двухфотонного поглощения. В данном процессе происходит одновременное поглощение двух фотонов в ИК-области, эквивалентное поглощению одного фотона с удвоенной частотой, т.е. уже из УФ-диапазона. Так как резист для УФ-излучения прозрачным не является, на данной длине волны происходит поглощение, и резист затвердевает.
Метод 2РР позволяет печатать изделия из фотополимерных смол с разрешением до 100 нм. Причем, поскольку затвердевают только те участки фоторезиста, которые оказались в фокусе лазерного излучения, данный метод позволяет печатать сложные нависающие и самопересекающиеся структуры даже через уже полимеризованный материал. Используя специальные фоторезисты и проводя после печати процедуру отжига, можно изготавливать элементы преломляющей рентгеновской оптики из стойких, стабильных и слабопоглощающих материалов, таких как стеклоуглерод или диоксид кремния. При этом изготавливаемые линзы получаются компактными и легкими.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ
Источник: scientificrussia.ru
