نجح المهندسون في تطوير مجهر القوة الذرية الذي يقوم بمسح الصور بمعدل أسرع 2000 مرة من النماذج التجارية التي تباع في السوق. وباستخدام هذه الأداة المبتكرة عالية السرعة، تمكن الباحثون من إنتاج صور للعمليات الكيميائية التي تحدث على مقياس نانومتر بسرعة تقترب من مستوى الفيديو في الوقت الحقيقي.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
نجح المهندسون في تطوير مجهر القوة الذرية الذي يقوم بمسح الصور بمعدل أسرع 2000 مرة من النماذج التجارية التي تباع في السوق. وباستخدام هذه الأداة المبتكرة عالية السرعة، تمكن الباحثون من إنتاج صور للعمليات الكيميائية التي تحدث على مقياس نانومتر بسرعة تقترب من مستوى الفيديو في الوقت الحقيقي.
تم تصميم مجاهر القوة الذرية المتقدمة (AFMs) لإنتاج صور لهياكل صغيرة بحجم أجزاء من النانومتر - أصغر بمليون مرة من سمك شعرة الإنسان. في السنوات الأخيرة، تم استخدام هذا النوع من المجاهر لتصوير الهياكل أحادية الذرة، مثل خيوط الحمض النووي الفردية وحتى الروابط الهيدروجينية المنفصلة بين الجزيئات. وفي الوقت نفسه، يعد مسح هذه الصور عملية دقيقة تتطلب الكثير من الوقت. لذلك، تُستخدم المجاهر من هذا النوع بشكل أساسي لفحص العينات الثابتة نظرًا لأن معدل نشاطها صغير جدًا بحيث لا يمكنه التقاط البيئات النشطة والمتغيرة.
والآن، نجح مهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في تطوير مجهر القوة الذرية الذي يقوم بمسح الصور بمعدل أسرع 2000 مرة من النماذج التجارية المباعة في السوق. وباستخدام هذه الأداة المبتكرة عالية السرعة، تمكن الباحثون من إنتاج صور للعمليات الكيميائية التي تحدث على مقياس نانومتر بسرعة تقترب من مستوى الفيديو في الوقت الحقيقي. وفي أحد العروض التوضيحية لقدرات هذا الجهاز، قام الباحثون بمسح عينة بحجم 70 × 70 ميكرون من كربونات الكالسيوم أثناء غمرها في الماء منزوع الأيونات ثم تعريضها لحمض الكبريتيك. وتمكن الباحثون من رؤية التفاعل الذي يؤدي خلاله الحمض إلى تآكل كربونات الكالسيوم مع توسيع ثقوب النانومتر بداخله في عملية "تقشير" النمط البلوري للمادة طبقة بعد طبقة، في ثوانٍ معدودة فقط. ويقول الباحث الرئيسي البروفيسور كمال يوسف التومي، إن حساسية الجهاز وسرعته ستسمح للعلماء بمشاهدة العمليات الذرية كما هو الحال في "مقاطع الفيديو" عالية الدقة. "سيكون الباحثون قادرين على رؤية، على سبيل المثال، تفاعلات مثل التكثيف أو العجز أو الذوبان أو الترسيب للمواد المختلفة، والطريقة التي تحدث بها هذه التفاعلات في الوقت الحقيقي - وهي العمليات التي لم يسبق لها مثيل بمثل هذا الدقة." وقد نُشرت نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية Ultramicroscopy.
يقوم مجهر القوة الذرية بمسح العينات باستخدام كاشف صغير للغاية، أو طرف يشبه الإبرة، يتحرك قليلاً فوق سطح العينة، ويتتبع طوبولوجيتها، على غرار الطريقة التي يقرأ بها الشخص الكفيف طريقة برايل. يتم وضع العينة على منصة متحركة، أو ماسح ضوئي، والذي يقوم بتحريك العينة على طول الكاشف وتحته. ونظرا لأن المجهر من هذا النوع يشتمل على هياكل بالغة الصغر، فإن الجهاز يجب أن يعمل ببطء، طبقة بعد طبقة، لتجنب أي حركة مفاجئة يمكن أن تغير تركيبة العينة أو تشوش الصورة الناتجة. يوضح الباحث الرئيسي: "إذا كانت العينة ثابتة، فيمكن الحصول على الصورة في غضون 10 دقائق من المسح البطيء". ومع ذلك، إذا كانت العينة تتحرك، فهذه الآلية ليست مناسبة. ومن أجل تسريع عملية المسح، يحاول العلماء بناء ركائز صغيرة وأكثر وضوحًا قادرة على مسح العينات بسرعة أكبر، على الرغم من أن المنطقة الممسوحة ضوئيًا أصغر. ويوضح الباحث أنه على الرغم من أن الماسحات الضوئية من هذا النوع تعمل بسرعة، إلا أنها لا تتيح للباحثين التحول بسرعة إلى التصوير عن بعد من أجل رؤية صورة أوسع أو فحص عدد أكبر من التفاصيل في الصورة.
توصل الباحث إلى تصميم يسمح بإجراء مسح متزامن عالي السرعة لمنطقة صغيرة ومساحة كبيرة. يكمن ابتكار الجهاز في ماسح ضوئي متعدد الوظائف والتحكم فيه: تشتمل الركيزة التي توضع عليها العينة على ماسح ضوئي صغير وسريع وماسح ضوئي أكبر وأبطأ، يعملان معًا كنظام واحد للحصول على فحص عالي السرعة مسح ثلاثي الأبعاد. المحاولات السابقة للحصول على ماسح ضوئي متعدد العمليات كان محكوم عليها بالفشل بسبب التفاعل بين الماسحين الضوئيين: قد تؤدي حركة ماسح ضوئي واحد إلى إضعاف مستوى الدقة والحركة السلسة للماسح الضوئي الآخر. كما اكتشف الباحثون أن القدرة على التحكم في كل ماسح ضوئي على حدة يمثل مشكلة. ويوضح الباحث الرئيسي أنه حتى اليوم كان مطلوبا من العلماء إجراء العديد من التعديلات والتعديلات على مكونات الجهاز من أجل إجراء مسح مزدوج. ومن أجل تبسيط التحكم في الماسح الضوئي المزدوج، قام الباحث بتطوير خوارزميات تأخذ في الاعتبار التأثيرات التي يحدثها كل ماسح ضوئي على الآخر. "وحدة التحكم الخاصة بنا قادرة على تحريك الماسح الضوئي الصغير بطريقة لا تهتز الماسح الضوئي الأكبر حجمًا، وذلك لأننا نعرف مسبقًا أنواع الحركات التي ستتسبب في ذلك، والعكس صحيح - أي الحركات في الماسح الضوئي الكبير ستسبب ذلك يسبب تأثيرًا على الماسح الضوئي الصغير." "في النهاية، يعمل الماسحان بشكل متزامن، وبالنسبة للباحث فهو ماسح ضوئي واحد عالي السرعة لا يضيف أي تعقيد لعمل الجهاز."
תגובה אחת
مبتكر حتى يصل إلى الكمبيوتر.
فوز XP شولتاتات.