Znajdź zawartość

Naukowcy z IBM-a wykonali fotografie pojedynczej molekuły w niespotykanej dotychczas rozdzielczości. Udało się to dzięki wykorzystaniu techniki bezkontaktowej mikroskopii sił atomowych. Uczeni użyli mikroskopu pracującego w próżni w temperaturze -268 stopni Celsjusza. Wykonali zdjęcia pojedynczej molekuły pentacenu. Po raz pierwszy w historii udało się zobaczyć pojedyncze atomy w molekule. Dotychczas były one zasłaniane przez chmurę elektronów. Molekuła pentacenu składa się z 22 atomów węgla i 14 atomów wodoru. Jej długość wynosi zaledwie 1,4 nanometra, a odległości pomiędzy sąsiednimi atomami węgla to 0,14 nm. To milion razy mniej niż wynosi średnica ziarna piasku. Tak dokładne obrazowanie było możliwe dzięki uzyskaniu niezwykle małej odległości pomiędzy molekułą a ostrzem mikroskopu. Zwykle w technice bezkontaktowej ostrze znajduje się w odległości 10-100 nanometrów od badanego przedmiotu. W takiej odległości urządzenie nie zarejestrowałoby jednak wystarczająco dobrego obrazu. Dlatego też naukowcy z IBM-a postanowili zbliżyć ostrze na znacznie mniejszą odległość. Problem jednak w tym, że wskutek oddziaływania z atomami mogło ono zostać odepchnięte lub też molekuła mogła się doń przyczepić. W obu przypadkach uzyskanie odpowiedniego obrazu nie byłoby możliwe. Specjaliści odpowiednio przygotowali ostrze, najpierw umieszczając na nim molekułę tlenku węgla. Dzięki temu, próbując różnych odległości, udało im się uzyskać najlepszy obraz w chwili, gdy ostrze znajdowało się zaledwie 0,5 nanometra nad molekułą. Aby uzyskać pełną trójwymiarową mapę sił atomowych, mikroskop musiał być niezwykle stabilny zarówno mechanicznie jak i termicznie, co gwarantuje, że zarówno czubek ostrza jak i molekuła pozostaną niezmienione przez 20 godzin, w czasie których zbierane były dane - mówi Fabian Mohn, doktorant z IBM Research z Zurichu.

Zespół prof. Stuarta Lindsaya z Arizona State University opracował technologię, która może okazać się przełomowym rozwiązaniem w dziedzinie badań genetycznych. Wynalazek opracowany przez badaczy z Arizony pozwala na sekwencjonowanie DNA na podstawie pomiaru właściwości elektrycznych zasad azotowych kodujących informację genetyczną. Technologia zaproponowana i przetestowana przez zespół prof. Lindsaya opiera się na wykorzystaniu mikroskopii sił atomowych. Metoda ta pozwala na identyfikację cząsteczek (lub, tak jak w przypadku np. DNA, ich podjednostek) na podstawie pomiaru siły, z jaką elektrony krążące wokół tej cząsteczki (podjednostki) odpychają elektrodę mikroskopu. Prawdopodobnie największym osiągnięciem badaczy z Arizony jest opracowanie specjalnej powłoki, zdolnej do wymuszania odpowiedniej orientacji przestrzennej na zasadach azotowych (jednostkach kodujących informację genetyczną, ułożonych jedna za drugą wzdłuż nici DNA). Dzięki pokryciu tym materiałem elektrod mikroskopu uczonym udało się ograniczyć liczbę fałszywych sygnałów mogących zaburzyć pomiar. Sekwencjonowanie nici DNA z wykorzystaniem nowej metody wymaga przeciągnięcia jej przez wnętrze superwąskiego (2,5 nm szerokości) otworu w sposób przypominający nawlekanie nici na igłę. Każda z zasad azotowych przesuwająca się pomiędzy elektrodami jest wówczas wychwytywana przez nową powłokę, a następnie wykonywany jest pomiar ładunku należących do niej elektronów. Dzięki porównaniu uzyskanych w ten sposób danych z bazą tzw. sygnatur elektronowych aparat przypisuje następnie każdy z pozyskanych sygnałów do jednej z zasad azotowych. Opracowanie metody szybkiego i taniego sekwencjonowania DNA jest uznawane za jedno z największych wyzwań współczesnej biologii i medycyny. Technologia zaproponowana przez zespół prof. Lindsaya nie jest jedyną próbą realizacji tego celu - o kilku innych pisaliśmy już w KopalniWiedzy. Z pewnością warto jednak śledzić jej losy, gdyż już niedługo właśnie ona może stać się kamieniem milowym w dziedzinie nowoczesnej diagnostyki.

W brytyjskim National Physical Laboratory powstał najmniejszy bałwan świata. Jego średnica to 10 mikrometrów, a to zaledwie jedna piąta grubości ludzkiego włosa. Wykonano go z dwóch koralików, używanych na co dzień do kalibracji mikroskopów elektronowych. Uśmiech i oczy wyfrezowano za pomocą skoncentrowanego strumienia jonów. Nos o szerokości poniżej 1 mikrometra uzyskano podobnie, bo dzięki osadzaniu jonów platyny. Fizycy połączyli poszczególne elementy bałwana, wykorzystując system do nanomanipulacji, a kule zespolono jonami platyny. Zmontowane dzieło stanęło na silikonowej tacce z mikroskopu sił atomowych.

Badacze z Uniwersytetu w Osace zademonstrowali "atomowe pióro", za pomocą którego można na powierzchni metalu (półprzewodnika) utworzyć jakiś wzór, np. wyraz, manipulując położeniem poszczególnych atomów na jego powierzchni. Japończycy wykorzystali do tego celu czubek dźwigienki mikroskopu sił atomowych. Wszystko opiera się na wcześniejszym odkryciu, że jeśli zbliży się je na odpowiednią odległość, atomy krzemu z końcówki sondy skanującej zamieniają się miejscami z atomami półprzewodnika. Eksploatując to zjawisko, naukowcy z Kraju Kwitnącej Wiśni wypisali atomami krzemu na powierzchni próbki symbol chemiczny ich pierwiastka - Si. Choć może to zaskakiwać, zajęło im to 1,5 godziny. Zabieg przeprowadzono w temperaturze pokojowej. Napis mierzy 2 na 2 nanometry, czyli jest o 40 tys. mniejszy od średnicy przeciętnego ludzkiego włosa. Opisaną technologię można wykorzystać np. przy produkcji chipów, a ostatecznie komputerów wielkości zegarka na rękę.