Mikroskop na zakres „okna wodnego”

Jak tłumaczy współautor technologii, prof. dr hab. inż. Przemysław Wachulak, rektor Wojskowej Akademii Technicznej, urządzenie pozwala obserwować procesy i struktury biologiczne, takie jak wzajemna komunikacja – „rozmowa” komórek, zgrupowane nici DNA, nanopęknięcia membrany komórkowej oraz nanostruktury wytwarzane w przemyśle półprzewodnikowym. Wiązka fotonów nie uszkadza próbek, tak jak to może robić skupiona wiązka elektronów.

Mikroskop oparty o laserowo-plazmowe źródło miękkiego promieniowania rentgenowskiego (ang. soft X-rays – SXR) został skonstruowany do zastosowań praktycznych. Jego rozdzielczość przestrzenna mierzona jest w nanometrach. Urządzenie mieści się na stole laboratoryjnym, podczas gdy typowe mikroskopy SXR budowane są w tzw. „fabrykach fotonów” – budynkach takich jak synchrotrony. Jest to jedna z 70 innowacji opisanych na stronie internetowej  „70 innowacji Wojskowej Akademii Technicznej”, utworzonej z okazji jubileuszu 70-lecia uczelni.

OKNO WODNE I PLAZMA

Zakres długości fal pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem rentgenowskim to tzw. skrajny nadfiolet (EUV) i miękkie promieniowanie rentgenowskie (SXR). Takie promieniowanie znajduje zastosowanie w nauce, w badaniach materii oraz w technologii do wytwarzania i badania nanostruktur.

„Okno wodne”, czyli fala świetlna o długości od 2,3 nm do 4,4 nm, daje silny kontrast optyczny dla próbek biologicznych. Struktury biologiczne złożone z węgla pochłaniają światło i są widoczne jako czarne obiekty. Pozostała część obrazu jest jasna, ponieważ tlen w wodzie (np. cytoplazma) przepuszcza światło.

W źródłach promieniowania EUV/SXR silny impuls laserowy podgrzewa do temperatury milionów stopni niewielką porcję gazu wstrzykiwaną do komory próżniowej. W ten sposób w laboratorium powstaje plazma, czyli stan materii obecny w gwiazdach czy też wyładowaniach atmosferycznych. Gdy laser oddziałuje z tarczą gazową, w jego ognisku jest tak dużo energii, że elektrony na bardzo krótki moment odrywają się od atomów gazu, a gdy powracają — generują promieniowanie rentgenowskie. Zastosowanie gazu w laserowo-plazmowym źródle promieniowania sprawia, że źródło to jest wydajne, łatwe w użyciu i pozbawione zanieczyszczeń związanych z rozpylaniem materiału stosowanego do wytwarzania plazmy.

Pierwsze źródła zbudowane w Instytucie Optoelektroniki WAT pracują bezawaryjnie od 1996 roku. Zostały one zastosowane m.in. do mikroobróbki materiałów, modyfikacji biomateriałów, badań materiałów metodami rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej, radiobiologii, badań plazmy i we wspomnianej już mikroskopii z nanometrową rozdzielczością oraz zostały wykorzystane w wielu innych rozwiązaniach naukowych i inżynierskich.

Autorami technologii są profesorowie: Andrzej Bartnik, Henryk Fiedorowicz i Przemysław Wachulak, rektor-komendant WAT.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ zan/