Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Jednym z podstawowych ograniczeń aparatury badawczej - czy to mikroskopu, czy ultrasonografu - jest zawsze rozdzielczość. Wynika ona wręcz z praw fizyki, które decydują, że najmniejszy element jaki może być postrzegany ma rozmiar równy długości fali, której używamy do badań. Stąd bierze się znana każdemu niewyraźność obrazu USG: stosowane w nim fale ultradźwiękowe mają długość około jednego milimetra i taka też jest rozdzielczość badania.

Inżynierowie z University of California w Berkeley: Jie Zhu i Xiaobo Yin znaleźli sposób na „oszukanie" praw fizyki i zwiększenie rozdzielczości ponad możliwą. W jaki sposób? Dzięki metamateriałom, których niezwykłe właściwości nie raz opisywaliśmy. Pokazowa aparatura przygotowana przez nich pozwoliła osiągnąć rozdzielczość pięćdziesiąt razy większą niż wynikająca z długości użytej fali, a to wcale nie jest kres możliwości, bo można i więcej - byle oczywiście przygotować odpowiedni metamateriał.

Urządzenie sporządzone w uniwersyteckich laboratoriach Nano-scale Science & Engineering Center ma postać tysiąca sześciuset pustych w środku, miedzianych rurek upakowanych w sztabkę o długości 16 centymetrów na 6,3 cm na 6,3 cm. Wykorzystane jako dodatkowy odbiornik przy badaniu falą dźwiękową pozwala wyłapywać tłumione fale, które niosą dodatkową informację o badanym obiekcie. Połączenie ich z odbiorem normalnie rozchodzących się, odbijanych i odbieranych fal pozwala na zwiększenie precyzji, zależne tylko od rozmiaru wykorzystanych miedzianych rurek. W przykładowym zastosowaniu wykorzystano falę akustyczną o częstotliwości 2 kHz, co pozwalałoby normalnie na uzyskanie rozdzielczości około 20 centymetrów. Z zastosowaniem metamateriału uzyskana rozdzielczość wynosiła 4 milimetry, czyli 50 razy mniej.

W zastosowaniach praktycznych takie urządzenie umieszczałoby się na zakończeniu sondy ultradźwiękowej, uzyskując mniej ziarnisty, a bardziej szczegółowy obraz.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na University of California San Diego powstał najmniejszy na świecie laser pracujący w temperaturze pokojowej. Zbudowano też laser, który nie posiada żadnej wartości progowej.
      Głównymi zaletami obu urządzeń są ich minimalne zapotrzebowanie na energię oraz miniaturowe rozmiary.
      Każdy laser wymaga współdziałania układu pompującego o takiej mocy, która pozwala na przekroczenie progu akcji laserowej, czyli takiego poziomu wzbudzenia, w której większość emisji lasera stanowi uporządkowany stymulowany promień światła, przeważający nad emisją spontaniczną i nieuporządkowaną. Im mniejszy jest laser, tym większa energia konieczna do osiągnięcia progu.
      Aby poradzić sobie z tym problemem naukowcy zaprojektowali laser, który wykorzystuje kwantowy efekt elektrodynamiczny zachodzący we współosiowych nanownękach. Laserowa wnęka zawiera metalowy pręcik otoczony pierścieniem półprzewodnikowych kwantowych studni pokrytych metalem.
      Taka architektura pozwoliła też na stworzenie najmniejszego lasera pracującego w temperaturze pokojowej. Jest on o cały rząd wielkości mniejszy od dotychczasowego rekordzisty. Średnica lasera wynosi mniej niż pół mikrona, czyli jest mniej więcej 1200 razy mniejsza niż kropka na końcu tego zdania.
      Nanolasery mogą posłużyć do zbudowania komputerów optycznych, w których komunikacja, a być może i obliczenia, będą odbywały się za pomocą sygnałów świetlnych a nie elektrycznych.
      Jakby tego było mało, uczeni nie wykluczają, że ich lasery można skalować, co oznacza, iż możliwe będzie wyprodukowanie jeszcze mniejszych urządzeń. To pozwoliłoby np. na badanie materiałów, których struktury są znacznie mniejsze od długości fali, przez co nie można ich badać za pomocą współczesnych laserów.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      O ultradźwiękach w roli męskiego środka antykoncepcyjnego myślano już 40 lat temu. Naukowców, którzy ostatnio analizowali tamte badania, interesowało, jakie rezultaty można uzyskać za pomocą współczesnego sprzętu. Okazało się, że w czasie eksperymentów na szczurach liczebność plemników spadła do takiego stopnia, że u ludzi wiązałoby się to z niepłodnością (Reproductive Biology and Endocrinology).
      Pracami zespołu ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Karoliny Północnej kierował dr James Tsuruta. Zauważono, że zabieg polegający na wielokrotnym obwiedzeniu jąder głowicą USG - zastosowano ultradźwięki o częstotliwości 3 MHz - eliminuje większość gamet.
      Najlepsze rezultaty osiągano przy dwóch 15-minutowych sesjach, które wykonywano w odstępie 2 dni. Skórę pokrywano roztworem soli fizjologicznej, spełniającej rolę przewodnika ultradźwięków, a jądra rozgrzewano do temperatury 37 st. Celsjusza. Wskaźnik liczebności plemników spadał wtedy do zera (na tył najądrza przypadały 3 mln ruchliwych plemników).
      Tsuruta wyjaśnia, że Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) za oligospermię, czyli zbyt niską liczbę plemników w nasieniu, uznaje wartości niższe niż 15 mln plemników na mililitr. Choć taka metoda antykoncepcyjna byłaby niewątpliwie tania, w ramach przyszłych badań trzeba jeszcze określić, jak długo efekt potraktowania ultradźwiękami się utrzymuje i czy wielokrotne powtarzanie zabiegu jest bezpieczne.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nieinwazyjnie płeć dziecka można określić na usg. dopiero w 2. trymestrze ciąży, wygląda jednak na to, że niecierpliwi przyszli rodzice nie będą już musieli tyle czekać. By rozstrzygnąć, czy urodzi się chłopczyk, czy dziewczynka, wystarczy w 1. trymestrze określić stosunek enzymów DYS14 i GAPDH w matczynym osoczu (FASEB Journal).
      Generalnie wczesne określanie płci było [wcześniej] możliwe dzięki inwazyjnym procedurom, takim jak biopsja kosmówki czy punkcja owodni. Nadal wiążą się one jednak z 1-2-proc. ryzykiem poronienia i nie mogą być przeprowadzane do 11. tygodnia ciąży. Ponadto wiarygodne określenie płci za pomocą ultrasonografii nie jest możliwe w pierwszym trymestrze, bo zewnętrzne narządy płciowe nie są jeszcze w pełni rozwinięte - wyjaśnia dr Hyun Mee Ryu ze Szkoły Medycznej KwanDong University w Seulu.
      Koreańczycy badali osocze 203 kobiet w pierwszym trymestrze ciąży. Potwierdzono obecność płodowego DNA. Dzięki zastosowaniu zwielokrotnionej łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR) w czasie rzeczywistym naukowcy mogli jednocześnie określić poziom DYS14 i GAPDH. Wyniki potwierdzono, odnotowując płeć dziecka po narodzinach.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jak zmierzyć temperaturę wewnątrz komórek, które są tak małe, że na główce szpilki zmieściłoby się ich aż 60 tysięcy? Zastosować nanotermometry w postaci kropek kwantowych.
      Haw Yang z Princeton University i Liwei Lin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opowiedzieli o swoich osiągnięciach na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. Zastosowaliśmy nanotermometry. Są to kropki kwantowe, czyli półprzewodnikowe kryształy wystarczająco małe, by dostać się do pojedynczej komórki, gdzie zmieniają barwę pod wpływem zmiany temperatury. Wykorzystaliśmy kropki kwantowe kadmu i selenu, które emitują odpowiadające temperaturze światło o różnym kolorze (fale o różnej długości). Dzięki naszym przyrządom odnotowujemy zmiany barw – wyjaśnia Yang.
      Naukowcy podkreślają, że o tym, co dzieje się we wnętrzu komórek, wiemy zadziwiająco mało. Tymczasem kiedy ktoś myśli o chemii, temperatura jest jednym z najważniejszych czynników fizycznych, które mogą się zmienić pod wpływem reakcji chemicznej. Panowie postanowili uzupełnić luki w wiedzy i zmierzyć temperaturę życia (i śmierci).
      Specjaliści od jakiegoś już czasu podejrzewali, że temperatura wewnątrz komórek jest zmienna. Powodów należy upatrywać choćby w przebiegających nieustannie reakcjach biochemicznych. W wyniku części z nich powstają energia i ciepło. Ponieważ niektóre komórki są bardziej aktywne od innych, niezużyta energia jest rozpraszana jako ciepło. Gorętsze bywają także pewne rejony komórek. Yang i Lin wskazują na okolice w pobliżu centrów energetycznych – mitochondriów.
      Amerykanie zorientowali się, że tak właśnie jest, wprowadzając kropki kwantowe do hodowanych w laboratorium mysich komórek. Między poszczególnymi częściami komórek odkryli różnice rzędu kilku stopni Fahrenheita: niektóre były chłodniejsze, a niektóre cieplejsze od reszty. Na razie pomiary dokonywane za pomocą nanotermometrów nie są na tyle dokładne, by podać konkretne wartości liczbowe.
      Yang tłumaczy, że zmiany temperatury komórek wpływają na cały organizm, np. na stan zdrowia. Wzrost temperatury wewnątrz komórki może przecież oddziaływać na funkcjonowanie DNA, a więc genów, a także różnego rodzaju białek. Przy zbyt wysokich temperaturach niektóre proteiny ulegają denaturacji. Biolog z Princeton University podejrzewa nawet, że komórki wykorzystują zmiany temperatury do komunikacji.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Najpopularniejszą techniką wykorzystywaną przy produkcji układów scalonych jest fotolitografia. problem jednak w tym, że długość fali światła ogranicza rozdzielczość tej techniki, a zatem ogranicza możliwości zmniejszania poszczególnych elementów.
      Tymczasem do produkcji prototypowych układów wykorzystywana jest litografia elektronowa, która pozwala na uzyskanie większej rozdzielczości. Jej wadą jest natomiast znacznie mniejsza prędkość pracy niż przy fotolitografii. Co prawda można ją przyspieszyć, ale kosztem zmniejszenia rozdzielczości.
      Dotychczas najdoskonalsza litografia elektronowa pozwalała na uzyskanie rozdzielczości rzędu 25 nanometrów, czyli niewiele większej od eksperymentalnej 32 nanometrów zaprezentowanej przez niektórych producentów urządzeń.
      Tymczasem w MIT Research Laboratory of Electronic zaprezentowano szybką litografię elektronową, która pozwala na uzyskanie rozdzielczości 9 nanometrów. W połączeniu w innymi właśnie powstającymi technologiami pozwala to mieć nadzieję, że w przyszłości metoda ta będzie wykorzystywana w masowej produkcji układów scalonych.
      Dotychczas rozdzielczość zwiększano stosując światło o coraz mniejszej długości fali. Pracuje się nad wykorzystaniem ekstremalnie dalekiego ultrafioletu. Jest to jednak trudne zadanie, gdyż konieczne jest dostosowywanie układów optycznych do coraz mniejszej długości fali, a same źródła takiego światła są bardzo mało wydajne.
      Litografia polega, w skrócie, na pokryciu plastra krzemu światłoczułym materiałem tzw. fotorezystem i naświetleniu go według odpowiedniego wzorca. Tam, gdzie światło pada na fotorezyst, materiał zostanie utwardzony. Następnie usuwamy warstwy utwardzone bądź nieutwardzone, tworząc w ten sposób schemat połączeń.
      Główna różnica pomiędzy litografią elektronową a fotolitografią jest taka, że w tej pierwszej metodzie układ scalony jest tworzony ścieżka po ścieżce, co wymaga bardzo dużo czasu. W fotolitografii światło pada przez odpowiednią maskę od razu na całą powierzchnię odpowiednio przygotowanego plastra krzemowego i za jednym razem tworzy wymagany wzór.
      Litografię elektronową można przyspieszyć jeśli spowodujemy, by na fotorezyst padało mniej elektronów. Jednak mniej elektronów oznacza mniejszą energię promienia, a elektrony o niższej energii ulegają większemu rozproszeniu i jest ono tym bardziej widoczne, im głębiej w fotorezyst wnikają. Dlatego też podczas litografii elektronowej używa się generalnie wyższych energii, co jednak skutkuje wolniejszą pracą.
      Magistraci Vitor Manfrinato, Lin Lee Cheong i Donald Winston we współpracy z profesorami Karlem Berggrenem i Henym Smithem, wykorzystali dwie sztuczki, które pozwoliły im na zmniejszenie energii strumienia elektronów.
      Po pierwsze użyli cieńszej warstwy fotorezystu, co zmniejszyło rozpraszanie elektronów, a po drugie wykorzystali roztwór... soli kuchennej do utwardzenia tych regionów fotorezystu, które otrzymały nieco większą dawkę elektronów. Obszary, do których dotarło nieco mniej elektronów nie uległy utwardzeniu.
      Profesor fizyki Pieter Kruit z Uniwersytetu Technologicznego w Delft i współzałożyciel firmy Mapper, która zbudowała system do litografii elektronowej składający się ze 110 równoległych źródeł elektronów, jest pod wrażeniem prac uczonych z MIT-u. Zauważa, że systemy o niższej energii są nie tylko szybsze, ale też mniejsze i łatwiejsze w budowie. W miarę zwiększania energii strumienia elektronów dochodzi się bowiem do takiego momentu, że całość staje się tak duża, a izolacji pomiędzy poszczególnymi elektrodami musi być tak wiele, że stworzenie takiego systemu jest niemożliwe.
      Kruit wątpi jednocześnie, czy producenci układów scalonych wykorzystają dokładnie taki fotorezyst, jaki powstał na MIT. Jego zdaniem jest on nieco zbyt czuły. Ilość energii dostarczanej do elektrod urządzeń litograficznych nieznacznie się waha i przy zbyt czułym fotorezyście wahania te będą widoczne w wielkości podzespołów powstających na układzie scalonym. „Ale to kwestia niewielkiej modyfikacji fotorezystu, a jego producenci cały czas wprowadzają takie modyfikacje" - zauważa Kruit.
×
×
  • Create New...