Новый метод исследования и построения изображений строения клеток, который разрабатывают в британском Университете Ноттингема (University of Nottingham) использует ультразвуковую технологию, которую чаще всего применяют для сканирования больших объектов, например, для обследования развивающегося в материнской утробе человеческого организма (плода), нежели для исследования изнутри клеток ткани. Компоненты этой технологии при использовании ее для изучения столь малых объектов должны быть в несколько тысяч раз меньше по размеру, чем у существующих систем.

Проект имеет щедрое финансирование, поскольку пионерная работа группы ультразвуковых исследований Университета признана потенциально весьма инновационной и перспективной. Возможность исследования отдельных клеток человеческого организма изнутри должна продвинуть не только наши знания и понимание структуры и функционирования этих клеток, но и помочь с определением аномалий для диагностики таких серьезных болезней как рак.

Ультразвуковые системы медицинского назначения используют электрические преобразователи размером с коробок спичек, которые генерируют звуковые волны с частотами порядка 2– 20 Ггц, используемые для зондирования человеческого организма. Нотингемские исследователи поставили задачу создания миниатюрной версии подобной технологии с преобразователями размером в 500 раз меньше толщины человеческого волоса. Такие преобразователи, по расчетам ученых, должны генерировать звуковые волны с частотой, превышающей традиционную примерно на три порядка.

По словам д-ра Метта Кларка (Matt Clark), группа, которой он руководит, вступила в область, до сих пор никем не исследованную. Первое, с чем ученым приходится сталкиваться уже сегодня, это огромные технические трудности. Для создания нано-ультразвуковой технологии необходимо спроектировать и изготовить наноразмерные преобразователи, что на сегодняшний день означает ни больше – ни меньше, как устройство размером в коробок спичек уменьшить до наноразмеров. При этом, возникают все технические задачи, какие только можно себе представить, например, задача проволочных соединений и т.д.

Одним из путей, по которому пошли британские ученые, это создание опического устройства, которое использует импульсы лазерного излучения для генерации ультразвука, вместо электрического сигнала.

Новая технология может также позволить ученым видеть объекты, размеры которых гораздо меньше, чем пределы разрешения оптических микроскопов; потенциальная разрешающая способность ультразвуковой технологии находится на уровне размеров отдельных молекул.

В дополнение к медицинским приложениям новая ультразвуковая нанотехнология будет иметь очень важные приложения в материаловедении и сопряженных областях для тестирования целостности и качества материалов и распознавания микроскопических дефектов, которые могут оказать серьезное влияние на функциональные показатели или безопасность.

Ультразвуковые приборы сегодня уже используют во многих отраслях, например, для бесконтактных исследований элементов посадочных систем в авиа промышленности, которые надежно обнаруживают зарождающиеся дефекты (трещины, механические повреждения), невидимые глазом, но имеющие тенденцию к развитию.

Группа д-ра Кларка предполагает возможность применения новой нанотехнологии для испытания разработок метаматериалов – прогрессивных композиционных материалов, где на сегодняшний день применение ультразвуковых методов невозможно. Такие материалы предлагают гигантские новые возможности в инженерии, но пока не имеют широкого применения, именно потому, что проблема их испытаний до сих пор не решена.

Применение новой ультразвуковой технологии в наноинжиниринге совершенно очевидно, поскольку методы испытаний нанообъектов далеко не соотвентствуют гигантскому росту нанотехнологии и наноиндустрии. По мере того, как продукция и ее компоненты становятся все меньше, технологии тестирования этих объектов и оборудование для таких испытаний также должны быть соответственно масштабируемы в сторону уменьшения размеров. При проектировании и изготовлении НЭМС (нано-электро-механических систем) и МЭМС (микро- электро-механических систем) и устройств на их основе имеется огромный и все возрастающий спрос на технологии тестирования, которые обеспечивают точно такие же возможности, что и технологии, применяемые для тестирования объектов традиционных размеров.

Евгений Биргер