Учёный-исследователь, химик и нанотехнолог
24,8
рейтинг
17 декабря 2013 в 10:52

Взгляд изнутри: мир вокруг нас – 4



В прошлой статье помимо всего прочего было упомянуто, что пора бы завершить эпопею с написанием статей о микромире, окружающем нас повсюду, но не тут-то было…



Один мой коллега по электронной микроскопии, Андрей Бурмистров ( Venelt), работающий на серьёзном микроскопе Tescan, периодически публикует на сайте Нанометр.ру великолепные кадры микроскопических объектов, как живых, так и неживых. И мне захотелось поделиться этим прекрасным миром с уважаемыми Хабрапользователям, поехали?!

Неживая материя


Начнём, пожалуй, с неживой природы.

Карбон. Новое прочтение

В одной из статей я уже публиковал фотографии углепластика или в просторечье «карбона», но думаю, не будет лишним повториться, тем более представленные ниже фотографии сделаны «правильно», с соответствующей пробоподготовкой.


«Правильные» микрофотографии углепластика

Данные фотографии примечательны тем, что получены они с помощью BSE (back-scattered electrons) детектора, который позволяет увидеть, например, что волокно внутри неоднородно и состоит из ядра и оболочки, что, по-видимому, обусловлено условиями отжига волокна.

Искры зажигалки

Не думаю, что кто-нибудь когда-нибудь задумывался, что каждый чирк зажигалки производит огромное количество мельчайших микро и даже иногда наночастиц, разлетающихся во все стороны. Зачастую они приобретают совершенно причудливые формы в зависимости от условий формирования, как, например, эти:



Но более, на мой взгляд, интересны частицы, которые за время своей короткой, но яркой жизни успели закристаллизоваться, сформировав уникальный орнамент, по которому, в принципе, можно предложить их фазовый состав:


Изображения, полученные с помощью BSE детектора, дающего информацию о химическом контрасте материала (более темные области соответствуют более лёгким элементам)

Но и это ещё не всё, в связи с развитием вычислительных мощностей компьютеров и обрабатывающей электроники внутри современных микроскопов теперь возможно получать 3D (стереопара) изображения объектов в один клик. Электроника просто сама отклоняет пучок электронов, которым сканируется поверхность, на заданный угол (обычно 15-20 градусов), а потом автоматически совмещает два изображения:


Пример использования 3D в современной электронной микроскопии (необходимы очки с красным и синим фильтром)

Тонер

На Хабрахабре иногда проскакивали фотографии тонера, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (например, пост от Kyocera). Спешу дополнить эти замечательные снимки:


Сферические частицы тонера принтеров обычно не превышают нескольких микрон, поэтому их так сложно удалить, если Вы испачкались

Трековые мембраны

Трековая мембрана – довольно специфическая и диковинная штука. Если сильно не вдаваться в подробности, то получить её можно, выставив (или проэкспонировав) тонкую всего несколько десятков микрон полимерную плёнку под действие ионизирующего излучения, например, альфа-частиц (или ускоренных ионов инертных газов). Проникая сквозь плёнку, альфа-частиц или ионы из-за своей массы и скорости пролетают насквозь, оставляя трек – своеобразный колодец в диаметре от нескольких нанометров до нескольких микрон (в зависимости от процесса обработки).

После обработки такое решето можно использовать для фильтрации воды, диализа крови, тонкой очистки воздуха для чистых комнат и так далее, вплоть до создания одежды (не удивлюсь, если в GoreTex применяется аналогичная технология).


Трековая мембрана на основе лавсана (или, по-простому, PET)

Живая материя


Крыло бабочки

Когда речь заходит об оптике, фотонике и связанных с этим областях науки, то сразу вспоминается бабочка и её необычные крылья. Исключительно за счёт волновых свойств света такие структурированные крылья могут изменять свой цвет в зависимости от угла наблюдения. Резонный вопрос: Как устроено это крыло?! И вот ответ:


Крыло бабочки под пучком электронного микроскопа

Как нетрудно заметить, крыло имеет несколько уровней структурной организации. Оно состоит из чешуек, которые в свою очередь состоят из борозд. А каждая борозда сформирована огромным множеством уложенных стопкой мелких чешуек, размер которых как раз совпадает с длинами волн видимого диапазона, таким образом, мы имеем дифракционную решётку, задающую цвет крылу бабочки. Следовательно, в зависимости от угла наблюдения мы видим тот или иной цвет.

Паутина

Вот этого точно никто не видел, и признаюсь честно, когда я впервые просмотрел эти фотографии, то просто не смог понять, что передо мной. А оказалось, что это всего-навсего паутинка. И, пожалуй, рискну предположить, что эти шарики (с некоторым клейким секретом желёз, по-видимому) на ней – места, для крепления поперечных нитей и/или западня для мушек и прочих насекомых. Толщина же верёвки для паутины около 1 мкм!


Идеально натянутые струны паучьих сетей

Насекомое

Кстати, о насекомых. Вроде бы, в одном из ранних постов меня просили показать каких-нибудь насекомых под дулом электронного микроскопа. Сами знаете, в русских сказках обычно это звучит так: «Долго ли, коротко ли…»

В общем, встречайте нашу гостью – Муху-Цокотуху. Надо уточнить у Андрея, но возможно, она стала как раз жертвой расставленных пауком сетей…


Муха под микроскопом и её фасеточные глаза

Обычно, с детства нам прививают неприязнь к разного рода насекомым, в том числе мухам, мол, если муха посидела на каком-то объекте, то перед употреблением его надо ещё раз помыть. Теперь у Вас, дорогие читатели, есть наглядное тому подтверждение – уйма частиц грязи и, возможно, бактерий на лапках насекомого:


Увеличенная лапка мухи и грязь на ней

Радиолярии

И наконец, сегодняшний выпуск завершает другой необычный объект, который окружает нас повсюду в тёплых водах океанов – одноклеточный планктон или радиолярии. В принципе, одноклеточные и одноклеточные – ничего особенного, если бы не их скелет, который, кстати, после смерти оных и формирует донные отложения…


Конструктор «Радиолярия» — собери что сможешь!

Иногда в пробах попадаются практически не разрушенные экземпляры самых причудливых форм:


Хорошо сохранились при транспортировке из тёплых морей в Москву

И немного интриги в стиле РЕН-ТВ: мне кажется, что древние римляне обладали электронным микроскопом и подсмотрели идею Колизея в природе, то есть были основоположниками науки биомиметики (шутка, конечно, но невольно начинаешь задумываться):


Колизей – теперь повсеместно в мировом океане!

Напоследок — путешествие от милиметра к микрометру — от рачка к диатомовой водоросли и далее к бактерии:
image

PS: Можно сказать спасибо также автору фотографий Venelt.



Во-первых, полный список опубликованных статей «Взгляд изнутри» на Хабре:

Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT, более обстоятельная статья дана тут: Современные чипы – взгляд изнутри
Взгляд изнутри: CD и HDD
Взгляд изнутри: светодиодные лампочки
Взгляд изнутри: Светодиодная промышленность в России
Взгляд изнутри: Flash-память и RAM
Взгляд изнутри: мир вокруг нас
Взгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеи
Взгляд изнутри: матрицы цифровых камер
Взгляд изнутри: Plastic Logic
Взгляд изнутри: RFID и другие метки
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 1
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 2
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 3
Взгляд изнутри: IKEA LED наносит ответный удар
Взгляд изнутри: а так ли хороши Filament-лампы?

и 3DNews:
Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов

Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.
Евгений @Tiberius
карма
591,5
рейтинг 24,8
Учёный-исследователь, химик и нанотехнолог
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (59)

  • +3
    А можно заказы на фото делать?
    • +1
      Попробуйте, а мы постараемся;)
      • +1
        Да. Вот было про цветы, очень прикольно, а хотелось бы про фрукты.
        Например волосатый киви, шкура банана изнутри… да и сам банан. Без понятия будет ли это интересно или там всё как на уроке биологии про лук с йодом… хотя при таком разрешении можно в клетку заглянуть, похоже, того же лука или апельсина.
        • +1
          Что-то делали (может Андрей, почитав комментарии, захочет попробовать) — не очень, я хотел опубликовать как-то корку апельсина, но там смотреть не на что, буквально. Кстати, в одно из прошлых выпусков (скорее всего часть два) был поп-корн, например.

          Про заглянуть в клетку. Не стоит забывать: а) СЭМ — метод анализа поверхности, б) как только что-то порезали, это значит сломали клеткам мембраны и всё превращается просто в месиво...(((

          Но другое дело ПЭМ, беру обязательство написать, чем реальный учёные занимаются в проекте познания мозга (Human Brain, Blue Brain Project, на сколько я понимаю, это уже про то, как этот самый мозг создать на основе компьютерного железа)
      • +1
        Поверхность телефона / мыши / клавиатуры. В общем, любого «грязного» девайса.
        • +1
          Была поверхность бритвенного станка Gillette (часть первая) после использования — отвратительное зрелище.
          • +2
            Одно дело — грязь на режущих приспособлениях, а другое — на том, что выглядит гладко и почти чисто.
            • +1
              Вы-таки не поверите, но лезвия бритвенного станка тоже выглядят гладкими и чистыми после пары применений, а на самом деле на них уйма чешуек кожи, волосы и т.д. Но, возможно, Venelt что-нибудь поснимает из предложенного;)
      • +3
        а можно больше насекомых?) особенно что касается их механики)
        • +1
          Не уверен, что они долго жить будут под пучком, хотч я видел что-то подобное с бактериями — постараюсь отыскать анимацию!
          • 0
            А явление, благодаря которому мы видим цвета на крыльях насекомых, покрытых чешуйками, имеет свое название и называется «иридесценция».
  • +2
    Мне больше удивительно было увидеть изображения искр под микроскопом. Данные агрегаты могут настолько быстро работать? Или они просто очень «пунктуальны», а момент был заранее просчитан?
    • +3
      Нет, конечно же, это фотографии уже сформированных искр, т.е. их «начиркали» на бумажку сначала, а потом перенесли в электронный микроскоп.
      • +1
        К слову, кристаллическая структура капель соединений хрома (а это, скорее всего, именно он — «кремень» в зажигалках — это чаще всего оксид хрома) на одном из снимков — просто мечта кузнеца, был бы шарик из стали, да размером хоть с мандарин, получилась бы отличная заготовка для «булатного» ножа.
        • 0
          А то ж, никто не спорит, но для больших объектов это труднодостижимо.
  • +1
    Подскажите, а что за микроскоп использовали? И покрывали ли мушку золотом?
    • +1
      Микроскоп довольно хороший — Tescan Mira LMU с катодом Шотки.

      Думается мне, что мушку ничем не покрывали, а снимали как есть, так как данный агрегат позволяет работать в переменном вакууме и неплохо-таки снимает непроводящие образцы. Т.е. в камеру напускается инертный газ (азот, например), который нивелирует накопление заряда на токонепроводящих образца.

      Хотя, как показывает опыт, даже старенькие Zeiss Leo Supra 50LV неплохо справляет с биообъектами (например, тут) практически без какой-либо пробоподготовки и низкого вакуума…

      Если интересно могу вечером добавить пару фотографий стекла и алмазного режущего инструмента для потвеждение возмржностей агрегата;)
    • +9
      Здравствуйте. Мушку ничем не покрывали, снимали как есть в высоком вакууме. Автор фото.
      • +1
        Отдельное спасибо за кадры насекомых. Лапа мухи с большим увеличение нагоняет какое-то инстинктивное чувство то ли страха, то ли отвращения. Но явно не осталяет равнодошным.
  • +1
    Скажите, а что изображено на картинке для привлечения внимания? Это искра от зажигалки?
    • +1
      да, это искра (то изображение, которое также дано в 3D по ходу статьи), только слегка перекрашенная в псевдоцвета.
  • +1
    Скажите пожалуйста, я часто видел подобные фотографии, но в цвете. Получается очень красиво.
    Я так понимаю, что цвет в таких фотографиях условный. Но чему соответствуют цвета в электронном микроскопе?
    • +2
      > Но чему соответствуют цвета в электронном микроскопе?

      Там же нет цветов, только ч/б и градации серого. Соотв, раскрашивают псевдо-цветами, как покажется интересным.
    • +2
      Конечно условный. Цвета, точнее шкала серого от белого до чёрного, в электронном микроскопе соотвествует тому или иному контрасту. Например, на микрофотографии искр (вот этой) зажигалки это соотвествует химическому контрасту, есть ещё топографический контраст, когда более низки области чернее, чем более высокие. Всё зависит от детектора и кучи параметров.

      Даже в HR-TEM, где в принципе можно увидеть «атомные колонны» в материале, не всё так просто с интерпретацией, ибо картинка — наложение дифракционного паттерна, т.е. фазы волны электроном, на реальную картинку. Получается что-то на подобие голлографии, но не понятно, где сами атомы, а где пустота. Поэтому есть специальные программы для моделирования изображений при заданных параметрам микроскопа — в общем, это тема для отдельной дисскуссии.

      Ах, да забыл, ну а цвета учёные после на свой вкус и цвет прикручивают, чтобы изображения казались живее — на всё воля и фантазия автора…
      • +1
        В Smarter Every Day (раз, два) Дестин недавно выложил классные фоточки крыльев бабочек, раскрашенные в соответствии с их естественными цветами.
        • 0
          И со своей стороны хотел бы добавить, что частенько на данном сайте попадаютс язанимательные расскрашенные фотографии микромира…
  • +1
    Есть задание для Сколково — портативные бани для мух. Просто невозможно быть такими грязнулями!
    • +2
      Лучше душ — расход воды будет меньше, у нас же нормативы на воду, электричество, вот за воздух скоро возьмутся…
  • +1
    Очень интересные изображения, спасибо!
    <зануда> Вот только на гифке не мушка, а бокоплав (то бишь рачок). Да и «муха-цокотуха» подозритетьно смахивает не то на клопа, не то на цикадку. </зануда>
    • +1
      Поправил про рачка. А вот про «муху-цокотуху» — честно говоря, не знаю...(((
  • +1
    Трековая мембрана… получить её можно, выставив (или проэкспонировав) тонкую всего несколько десятков микрон полимерную плёнку под действие ионизирующего излучения, например, альфа-частиц (или ускоренных ионов инертных газов). Проникая сквозь плёнку, альфа-частиц или ионы из-за своей массы и скорости пролетают насквозь, оставляя трек – своеобразный колодец в диаметре от нескольких нанометров до нескольких микрон (в зависимости от процесса обработки).

    Можно ли получить такое, простреливая пленку высоковольтными импульсами, например, как тут? В этом видео скорее всего пленка просто прожигается. Но интересно, какой диаметр отверстия получится от пробоя высоковольтной искрой?
    • +2
      да, в видео скоре резка, чем пробой…

      Просто с высоковольтными импульсами не всё так просто. Например, в Дойч-музее в Мюнхене есть целый зал посвящённый электричеству, где почти каждый день проводятся демонстрации. Так вот, есть там такой эксперимент, что сначала зажигают дугу на 10 кВ или 100 кВ, я не совсем разобрал (на немецком оратор вещает всё-таки), а потом помешают стекло или изолятор между. Дуга, как говорится, не дура и за счёт скин-эффекта огибает препятствие. Рискну предположить, что аналогично будет и при попытке получить трековую мембрану таким образом.
      • +1
        Спасибо за ответ! В детстве «прошивал» импульсами разные материалы, например бумагу. Думаю, что диаметр будет не очень маленьким, но интересно будет измерить при возможности.

        Попробуйте принять участие в таком конкурсе.
        На русском.
        • +1
          Спасибо за ссылку!

          Ну бумага не плотная же, импульсы могут внутри проходить по волокнам…
          • +3
            Пострелял. Лупа измерительная ЛИ-3-10х показала диаметр отверстий от 0,05 до 0,2 мм. В пересчете на микроны, самые маленькие отверстия имеют диаметр 50 микрон. Края обожженные.

            Трековую мембрану, где нужны отверстия 0,05 до 5 мкм из бумаги не получить.
  • +1
    Хм. Круто. А можно где-то утянуть все фото из серии постов «в качестве»?
    • +1
      Сейчас они вроде в очень хорошем качестве, разве нет?! Или хочется в HD?!
      • +3
        Ну да, я зажрался, конечно, немного =)

        Да и архивом было бы удобнее просто ещё…
  • +1
    А можно где-нибудь найти описанные стереопары?
    • +1
      Что значит найти?! Одна из них как раз и представлена, только очки нужны;)
      • +2
        Тут всего-лишь одна картинка и та в анаглифе. Хотелось бы голые стереопары.
        • +1
          Хорошо, попробуем что-нибудь придумать. Честно говоря, не знал, что такое изображение называется анаглифом…
  • 0
    Занятно, что паутина обладает внутренней шарнирностью. Т.е. подвешенный грузик может бесконечно вращаться никогда не перекрутив паутину.
    • 0
      OMG, я такого не говорил;)
  • +3
    если муха посидела на каком-то объекте, то перед употреблением его надо ещё раз помыть

    Во! Сделать бы фотку какого-нибудь яблока до и после помывки водопроводной водой. Чтобы сравнить, есть ли вообще в этом смысл.
    • 0
      Да, стоит попробовать!
  • +2
    Надолго залип на последней анимации
  • +3
    На тему причудливости форм радиолярий очень рекомендую всем книгу Эрнста Геккеля «Красота форм в морских глубинах»:

  • +4
    Я бы скинулся на кикстартере, если вы скомпилируете книгу с большими детальными чумовыми фото радиолярий.
    У меня есть Геккель, но, хоть он и крут, этого не достаточно.
    • +1
      Была идея такую книгу издать, может быть, подстёгнутые опытом «Простой науки» мы сможем это сделать…
  • +1
    После анимации так и хочется сказать — а дальше? что дальше?
    Шутки в сторону, кеп, что дальше? Реально, какой предел увеличения существует?
    • 0
      Кэп отвечает, что можно с помощью современных приборов добиться разрешения в 1 нм на сканирующем электронном микроскопе и увидеть атомные ряды на просвечивающем, а ещё сделать картирование с разрешением в 1 атом!!!
      • 0
        Отправляем проект по картированию в 1 атом на кикстартер?)
        • 0
          Зачем, это уже опубликовано в научных журналах;)
          • 0
            Не знал, а не выкладывали нигде? Кстати хотел пользуясь случаем, уточнить один момент. А какая картинка мира у того же насекомого? То есть, можно ли получить фотографию мира вокруг в таких масштабах? Только сейчас об этом задумался…
            • 0
              Да вот, пожалуйста, pdf в открытом доступе…

              Ответ на вопрос: как известно, насекомые как такогого мира-то вокруг не видят, более полагаясь на изменения (светло/темно и т.д.), т.е. это наверное не особо имеет смысл делать, а вот что этих самых насекомых окружает — оно перед вами в 4 частях;)
              • 0
                Я имею ввиду, как выглядит окружающий мир в таких масштабах)
                • 0
                  вот так и выглядит, как показано на микрофотографиях, ибо дифракционный предел суров и беспощаден ко всему;)

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.