Новый чешский электронный микроскоп переносит исследователей в иные миры
В Брно сегодня приоткрывается окно в мир, который напрямую человеческому глазу недоступен. Мир, где размеры измеряются нанометрами, а привычные материалы выглядят как инопланетные ландшафты. Именно здесь был представлен новейший чешский электронный микроскоп – инструмент, который позволяет не только рассмотреть поверхность вещества, но и изучить его скрытую внутреннюю структуру.
Чтобы увидеть микромир, сначала приходится создать для него особые условия. Камера микроскопа работает в вакууме – иначе электроны просто не смогли бы свободно двигаться.
«Камеру нужно сначала наполнить воздухом, чтобы открыть, затем поместить образец, закрыть, снова откачать воздух, создать вакуум – и только после этого можно наблюдать», - объясняет процесс Павел Стейскал из компании AdvaScope. По его словам, вакуум принципиален: «Электроны в воздухе сталкивались бы с молекулами и не могли бы “летать” свободно».
Новый микроскоп – это не просто прибор с большим увеличением. Его создатели сравнивают работу с ним с эффектом объемного зрения.
«Смотреть на образец под таким микроскопом – это как надеть 4D-очки», - говорит директор по исследованиям и разработкам Thermo Fisher Scientific Томаш Выставел.
В каждой точке исследуемого материала прибор собирает полную информацию о его структуре, позволяя буквально заглянуть внутрь вещества и понять, как ведут себя отдельные атомы. Ключевая особенность – сверхчувствительные детекторы.
«Мы двигаем электронные микроскопы вперед, давая им “лучшие глаза”. Наши детекторы способны регистрировать каждый отдельный электрон, который на них попадает», - поясняет Выставел.
Благодаря этому ученые могут видеть кристаллическую решетку, деформации, внутренние напряжения, размеры и форму зерен материала – вплоть до расположения отдельных атомов. Подготовка образцов требует почти хирургической точности. Их помещают внутрь камеры пинцетом – касаться руками нельзя, чтобы не загрязнить поверхность. А изображения, которые в итоге появляются на экране, иногда напоминают пейзажи.
«Когда в Праге строили метро и выкапывали грунт – под микроскопом это выглядело бы примерно так же. Только здесь все намного чище», - шутят исследователи.
Электронная микроскопия давно стала незаменимой для науки. Именно с ее помощью человечество впервые увидело, как выглядят вирусы. «Изображения коронавируса, которые все помнят, были получены именно электронным микроскопом», - напоминают специалисты.
Но сфера применения электронных микроскопов куда шире: от разработки новых материалов до медицины и фармакологии.
Председатель Чехословацкого микроскопического общества Камила Грубанова подчеркивает практическую ценность нового прибора:
«Это микроскоп с очень высоким разрешением, который будет активно использоваться в науке – при разработке новых материалов, в медицине, при исследовании микроорганизмов, вызывающих серьезные заболевания, а также при создании лекарств».
Особое внимание уделяется наночастицам – объектам размером в единицы нанометров. Они могут быть одновременно полезными и потенциально опасными.
«Микроскоп позволяет точно определить их структуру, размер и даже оценить влияние таких частиц на нашу жизнь и на окружающую среду», - говорит Грубанова.
В Брно микроскопы – на каждых 500 метрах
Не случайно именно Брно считается мировой столицей микроскопии. Здесь эта область науки стала визитной карточкой региона.
«Брно – исторический и естественный центр микроскопии в глобальном масштабе. Первые шаги были сделаны здесь сразу после Второй мировой войны», - рассказывает Радка Мартинкова из Региональной микроскопической платформы.
Еще в 1950-60-е годы в Tesla Brno, то есть еще в социалистическое время, разрабатывались электронные микроскопы мирового уровня. Когда система развалилась, часть инженеров не исчезла и не уехала, а сделала редкую вещь: превратила научную традицию в частную компанию. Так в 1991 году появилась компания Tescan, которая очень скоро стала одним из мировых лидеров в области электронных и ионных микроскопов. Она не копировала западные модели, а развивала собственные подходы – особенно в сканирующей электронной микроскопии. С этого момента город стал точкой притяжения: туда съезжались специалисты, там рождались стартапы, открывались лаборатории и проводились многочисленные тематические конференции.
Со временем вокруг микроскопии сформировалась мощная экосистема, объединяющая компании, университеты, академические институты и региональное руководство.
Будущее брненской микроскопии связано сразу с несколькими направлениями. С одной стороны – движение к еще более глубоким уровням разрешения, вплоть до субатомарных масштабов. С другой – то, что сами ученые называют «демократизацией микроскопии».
«Речь идет об открытии микроскопии не только для ученых, но и для студентов, вплоть до старшеклассников», - объясняет Радка Мартинкова.
В этом помогает и искусственный интеллект. По ее словам, ИИ позволит обрабатывать огромные массивы данных и находить в них закономерности, которые раньше ускользали от человека из-за ограниченных возможностей анализа.
В Брно микроскопы уже становятся частью образовательной среды. Они появляются в средних профессиональных школах, используются в кружках и на занятиях. Цель амбициозна – чтобы город ассоциировался не просто с дипломами, а с реальными знаниями, опытом и страстью к науке. Или, как с улыбкой говорит Радка Мартинкова:
«В Брно можно закрыть глаза, поднять с земли камень, покрутиться и бросить его – и с большой вероятностью в радиусе пятисот метров от места падения будет находиться электронный микроскоп или оборудование для подготовки образцов».