Кафедра медицинских нанобиотехнологий МБФ Абакумов М.А. Москва, 2016
Диапазон размеров цельных наноструктур : 1-200 нм Диапазон размеров элементов поверхностей наноструктур 0,5 -5 нм. Свойства определяются размерами Для возможности изучения зависимости макроскопических свойств от размеров необходимо иметь методы исследования с разрешением менее 1 нм.
Осязание и зрение – передают информацию о форме и размерах объектах Способны передать информацию о форме размере наноструктур Не обладают достаточным разрешением и нуждаются в дополнении инструментальными методами анализа.
μικρός — мелкий, маленький и σκοπέω — вижу Оптическая микроскопия, Электронная микроскопия, Многофотонная микроскопия, Рентгеновская микроскопия, Рентгеновская лазерная микроскопия
Оптический микроскоп состоит из системы линз, увеличивающих и фокусирующих изображение, а также системы детекции ( глаз, камера).
Дифракционный предел
I (x) =I 0 sinc (2 π nd / λ *sin θ ) I(x 1 ) =0 sinc (2 π nd / λ *sin θ ) =0 sin(2 π nd / λ *sin θ ) = 0 2 π nd / λ *sin θ = π D = λ /2nsin θ
D = λ /2n * sin θ λ – длина волны n – показатель преломления среды θ – угол аппертуры При длине света 500 нм (зелёный свет) дифракционный предел ≈ 250 нм
D = λ /2n * sin θ Уменьшение длины волны: переход от видимого света к гамма и рентгеновскому излучению Рентгенофазовый анализ Рентгеновская микроскопия Малоугловое рентгеновское рассеяние Переход от электромагнитного излучения к частицам имеющим массу покоя: Просвечивающая электронная микроскопия Сканирующая электронная микроскопия Малоугловое нейтронное рассеяние
Используется электромагнитное излучение с энергиями более 10 кэВ. Атомы кристаллической решётки вещества выступают в качестве узлов дифракционной решётки. Дифракционная картина подчиняется закону Брегга Каждая плоскость даёт свой собственный дифракционный пик с соответствующим углом Чем сложнее кристалл, тем сложнее дифракционная картина Рентгенофазовый анализ
Позволяет определять параметры решётки ( межплосткостные расстояния) Позволяет определить размер области с идеальной кристаллической структурой ( размер кристаллита). Рентгенофазовый анализ
Недостатки метода РФА 1) Не даёт « прямой» информации об объекте. 2) Не пригоден для аморфных структур Области применения РФА: Анализ нанокристаллов или упорядоченных структур Определение трёхмерно й структуры неорганических и органических молекул. Определение фазового состава нанокристаллов Рентгенофазовый анализ
Принцип работы аналогичен оптической микроскопии, но используются ЭМ волны с меньшей длиной волны и энергией порядка 10-60 кэВ ЭМ излучение в данном диапазоне обладает коэффициентом преломления близким к 1 в различных средах. Кроме того, в отличие от оптического излучения, коэффициент преломления рентгеновского в конденсированной среде меньше Позволяет проводить прижизненную визуализацию живых систем с разрешением несколько десятков нм. Позволяет единовременно получать информацию о структуре и составе области интереса (рентгеновская флуоресцентная микроскопия) Требует использования сложной и громоздкой системы линз, а также рентгеновской трубки. Рентгеновская микроскопия
Составная преломляющая линза Линза на основе пластинок Френеля
Состоит из сферических секций заполненных воздухом и разделённых конденсированной средой
Создана из ряда пластинок, толщина которых подобрана так, чтобы фокусировать изображение опредлённой длины волны
В качестве излучения используется поток электронов с высокой энергией
В качестве излучения используется поток электронов с высокой энергией
Линзы представляют собой цилиндрические электромагниты, фокусирующие электронный пучок.
Основана на анализе энергии электронов выбитых со своих орбит первичным электронным пучком. Энергия электронов дискретна и зависит от строения оболочек каждого атома По анализу линий спектра становится возможным установить химический состав образца Фокусируя первичный пучок становится возможным исследовать отдельные области интереса
Разрушение образца высокоэнергетическим электронным пучком Низкий контраст между атомами с малым атомным весом Необходимость дополнительного окрашивания биологических образцов солями тяжёлых металлов Возможность получить изображения только фиксированных образцов
Вторичные электроны – наиболее чувствительны к рельефу поверхности Отражённые электроны – наиболее чувствительны к атомному весу
Основано на упругом рассеянии пучка нейтронов на неоднородностях образца
Можем ли мы «потрогать» наночастицы?
Игла двигается по поверхности Использует тонкую иглу ( кантилевер ), систему лазеров и пьезоэлемент для регуляции положения предметного столика Регулировка расстояния происходит благодаря принципу обратной связи
Контактный режим – зонд подведён к поверхности и постоянно находится в контакте с образцом Преимущественно используется для твёрдый образцов Высокое разрешение
Полуконтактный режим – зонд подведён к поверхности и вибрирует на собственной характеристической частоте Преимущественно используется для мягких тканей Менее чувствителен, но более аккуратен с поверхностью
