Акустическая микроскопия – когда звук помогает видеть
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Лучше один раз услышать, чем десять раз увидеть,— считают сторонники акустической микроскопии. И они, оказывается, имеют достаточно веские аргументы для обоснования этого утверждения. Звуковые волны высокой и сверхвысокой частоты способны частично проникать вглубь предметов, давая картину их внутреннего строения, исходя из физико-механических свойств — плотности, упругости, вязкости.
Собственно говоря, идея акустической микроскопии не нова — она была выдвинута ученым С. Я. Соколовым еще в 1949 году. Первые акустические микроскопы с использованием ультразвука, которые вскоре были созданы, не могли, однако, конкурировать с другими видами приборов: их разрешающая способность была очень низка. Для успешного решения задачи был нужен гиперзвук, то есть звук со сверхвысокой частотой, который был получен гораздо позднее. И вот в 1974 году первый практически действующий гиперзвуковой микроскоп был изготовлен американцами К. Квейтом и В. Джипсоном. А летом 1978 года ученые сообщили, что им удалось создать прибор, не уступающий по разрешающей способности оптическим микроскопам.
В гиперзвуковом микроскопе простейшего типа акустические колебания частотой до трех гигагерц возбуждаются в сапфировой пластинке, которая на стороне, обращенной к исследуемому предмету, имеет небольшую полированную лунку-линзу.
Сфокусированные звуковые колебания проходят через слой воды, который дополнительно «гасит» скорость звука и улучшает акустический контакт с предметом. Результаты взаимодействия звуковой волны с предметом улавливаются специальными приборами, а затем преобразовываются в видимые изображения.
Гиперзвуковой микроскоп еще очень молод, поэтому спектр его возможностей трудно охватить взглядом. Вот лишь некоторые успешные исследования с его помощью, упоминаемые в научных публикациях. Во-первых, исследовались живые ткани человека и животных, особенно мышечные ткани, где важно получить картину упругости и плотности объекта. Уже получено, например, изображение сердца зародыша мыши, по которому можно следить за работой клапанов и других внутренних элементов сердца; показана внутренняя структура личинки фруктовой мухи: удалось исследовать процесс «старения» эритроцитов крови по признаку изменения их упругости с возрастом.
Чрезвычайно важно то, что акустическая микроскопия не оказывает воздействия на живые ткани в отличие, например, от рентгеноскопии.
Вторая, не менее перспективная область приложения методов гиперзвуковой микроскопии — это технический контроль материалов и изделий, в особенности компонентов микроэлектроники: интегральных схем, полупроводников и так далее. Здесь можно обнаружить дефекты, которые скрыты как от глаза человека, так и от всех известных контрольных приборов.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.