Naujo tipo elektroninis mikroskopas leidžia filmuoti vaizdo medžiagą atominiame lygyje, fiksuojant smulkiausius pokyčius, atsirandančius medžiagą veikiant išorinėmis jėgomis ar cheminių reakcijų metu. Žinoma, tai gali daryti ir kiti šiuolaikiniai elektroniniai mikroskopai, tačiau dabartinis visa tai atlieka neįtikėtinai greitai – fiksuojami įvykiai, trunkantys trilijoninę sekundės dalį.
Originali nanolygyje veikianti greitaeigė filmavimo technologija pavadinta keturmačiu elektroniniu mikroskopu (4D electron microscopy). Mikroskopas sukurtas Kalifornijos technologino instituto Fizikos ir biologijos ultragreitų procesų mokslo bei technologijų tyrimo centre (Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology — UST).
4D mikroskopo veikimo principas
Esminis naujosios technologijos dalykas – įrenginys, sugebantis dideliu tikslumu valdyti kiekvieno elektrono, nukreipto į tiriamą mėginį, judėjimo trajektoriją. Be to, vaizdas filmuojamas (fiksuojamas atsispindėjęs signalas) įsimenant kiekvieno atskiro elektrono parametrus. Elektronai juda 10-15 sekundės intervalais. Taigi, skirtingai nuo ankstesnių elektroninių mikroskopų, šiame kontroliuojamas ne visas elektronų srautas, o atskiri elektronai.
Tokiu būdu gaunami milijonai kadrų, kurie, sujungti į vieną visumą, sugeba atkurti tokius greitaeigius procesus, kurių anksčiau nebuvo įmanoma stebėti.
Projektui vadovauja 1999 metų Nobelio premijos chemijos srityje laureatas Ahmedas Zewailas. Premiją jis gavo už ultragreitą molekulių fotografavimo metodą naudojant superaukšto dažnio lazerio impulsus. Šis metodas tyrinėtojams suteikė ketvirtąją dimensiją – laiką, tačiau jo erdviniai stebėjimo parametrai gerokai nusileido elektroniniams mikroskopams.
Naujajame įrenginyje mokslininkai sugebėjo apjungti abu metodus ir pirmą kartą gavo judantį nanopasaulio vaizdą ir laike, ir erdvėje.
Testuodami mikroskopo galimybes mokslininkai stebėjo labai plonas (nanometrų eilės) aukso ir grafito plokšteles. Jiems pavyko vizualizuoti nedidelės amplitudės, bet aukšto dažnio (MHz eilės) mechanines plokštelių vibracijas, atsiradusias greitai kaitinant medžiagas. Svarbiausia, jog užfiksuotos vibracijos buvo atkurtos su visomis detalėmis pikosekundžių ir net femtosekundžių masteliuose.
Dabar mokslininkai tokiu principu tyrinėja gyvos ląstelės procesus. Susidomėjusiems rekomenduojame paskaityti autorių straipsnius, publikuotus „Science“ bei „Nano Letters“ žurnaluose.
