Для большинства из нас ультразвуковое сканирование ассоциируется с медицинской технологией, позволяющей рассмотреть младенцев прямо в утробе их матери. Но команда ученых из Ноттингемского университета, работающая над расширением области применения ультразвуковых технологий, разработала новые ультразвуковые наногенераторы, при помощи которых ученые получат возможность «просветить» высокочастотным ультразвуком живые клетки и другие имеющие сложную структуру материалы.

Основной задачей научной группы профессора Мэтью Кларка (Matthew Clarke) является разработка технологий, позволяющих использовать ультразвук на наноуровне для изучения материалов и объектов, которые в обычных условиях непрозрачны для ультразвука.

И главным направлением этой деятельности является разработка ультразвуковых преобразователей, устройств, позволяющих превращать различные сигналы в ультразвуковые колебания.

В рамках этого направления ученые разработали новый тип наногенераторов, которые имеют настолько маленькие размеры, что приводить их в действие можно только при помощи импульсов света лазера.

Нанопреобразователи состоят из двух слоев. Первый слой является слоем из золота, толщиной 40 нанометров, а второй состоит из более мягкого и прозрачного материала – оксида олова-индия, материала, широко используемого в изготовлении сенсорных экранов. Толщина второго составляет 160 нанометров. Когда на получившейся двухслойной структуре фокусируется свет лазера определенной волны, она начинает колебаться на частоте около 9 ГГц, а верхние гармоники этих колебаний доходят до значения 70 ГГц.

Двухслойная структура наногенератора может быть сформирована в виде крошечных квадратных пластинок или в виде наночастиц, которые могут быть покрыты слоем определенных белковых соединений, способных прочно связываться с поверхностью клеточных мембран.

Рис. 1.

Разместив на поверхности клетки несколько крошечных наногенераторов, ученые при помощи оптической системы начинают последовательно активировать каждый из генераторов. Высокочастотные ультразвуковые волны улавливаются одним датчиком, информация с которого также считывается при помощи лазерного луча. Совместив несколько изображений, полученных от источников ультразвука, расположенных в разных точках пространства, ученые получают возможность получить изображение внутренностей живой клетки, притом, в трех измерениях и с достаточно высокой разрешающей способностью.

«Традиционные ультразвуковые технологии не работают на наноуровне, а анализ сложных материалов с помощью ультразвука затрудняется тем, что очень тяжело связать данные, получаемые с ультразвукового датчика с элементами внутренней структуры материала. Наш новый метод позволяет с помощью множества наногенераторов превратить несколько наборов данных в единую информацию, связанную с внутренними элементами клетки или структуры сложных материалов».