К наноматериалам относят объекты размером менее 100 нанометров (0,0001 миллиметра), которые, в зависимости от числа сторон, превышающих нанодиапазон, имеют мерность от нуля до трех. Благодаря облегченной миграции атомов и увеличению объемной доли границ раздела в наноструктурном состоянии материалы могут обладать уникальными физико-химическими свойствами (высокой электропроводностью, прочностью, легкостью), что делает их создание перспективным для широкого круга приложений, например электроники и медицины. В то же время производство наноматериалов ограничивается дороговизной получения и нестабильностью конечного продукта.

Кроме того, оценка трехмерной структуры нанообъектов сопряжена с известными трудностями. Для ее изучения используются просвечивающая электронная и сканирующая зондовая микроскопия: во время работы пучки электронов пропускаются через наночастицы под разными углами, после чего компьютерный алгоритм формирует проекции светотеневых границ. Дальнейшая реконструкция изображения, в том числе цветовое выделение атрибутов, выполняется учеными в полуавтоматическом режиме с помощью проприетарного программного обеспечения. Сложность процедуры и отсутствие бесплатных программ нередко препятствует обмену данными между исследовательскими группами.

Чтобы восполнить пробел, американские специалисты разработали открытую платформу Tomviz. Программа позволяет загружать и просматривать трехмерные изображения нанообъектов внутри объема и на поверхности посредством графического интерфейса. Она также содержит ряд инструментов для обработки файлов, в том числе создания анимации, видео, нарезки и поворотов. Полученные данные могут быть отображены в окне платформы в виде гистограмм и проанализированы с помощью статистического модуля, фильтров и скриптов на Python. Сервис поддерживает операционные системы Windows 7 и Linux, а также macOS (10.10+) с объемом оперативной памяти от восьми гигабайт.

Tomviz стала результатом работы междисциплинарной группы ученых. Участие в создании платформы также приняли эксперты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Непосредственно написанием программы занимались сотрудники нью-йоркского разработчика сервисов с открытым исходным кодом Kitware. Сообщается, что в новых обновлениях сервис будет доработан для интеграции с разными техниками микроскопии, в частности зондовой (сейчас он рассчитан только на снимки, сделанные просвечивающим электронным микроскопом). Это поможет раскрыть все детали атомарной структуры наноматериалов, уверены разработчики.

Об исследовании сообщается на сайте Мичиганского университета. Скачать платформу Tomviz в версии 1.0 можно на сайте проекта.

Подробнее о мире наноматериалов читайте в нашей статье.

Видеосюжет о проекте / ©University of Michigan