Акустична мікроскопія – коли звук допомагає бачити
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Краще один раз почути, ніж десять раз побачити, – вважають прихильники акустичної мікроскопії. І вони, виявляється, мають досить вагомі аргументи для обґрунтування цього твердження. Звукові хвилі високої і надвисокої частоти здатні частково проникати вглиб предметів, даючи картину їх внутрішньої будови, виходячи з фізико-механічних властивостей – щільності, пружності, в’язкості.
Власне кажучи, ідея акустичної мікроскопії не нова – вона була висунута вченим С. Я. Соколовим ще в 1949 році. Перші акустичні мікроскопи з використанням ультразвуку, які незабаром були створені, не могли, однак, конкурувати з іншими видами приладів: їх роздільна здатність була дуже низька. Для успішного вирішення завдання був потрібен гіперзвук, тобто звук з надвисокою частотою, який був отриманий набагато пізніше. І ось в 1974 році перший практично діючий гіперзвуковbq мікроскоп був виготовлений американцями К. Квейтом і В. Джіпсоном. А влітку 1978 року вчені повідомили, що їм вдалося створити прилад, який не поступається за роздільною здатністю оптичним мікроскопам.
У гіперзвуковому мікроскопі найпростішого типу акустичні коливання частотою до трьох гігагерц збуджуються в сапфіровій платівці, яка на стороні, зверненій до досліджуваного предмету, має невелику поліровану лунку-лінзу.
Сфокусовані звукові коливання проходять через шар води, який додатково «гасить» швидкість звуку і покращує акустичний контакт з предметом. Результати взаємодії звукової хвилі з предметом уловлюються спеціальними приладами, а потім перетворюються у видимі зображення.
Гіперзвуковий мікроскоп ще дуже молодий, тому спектр його можливостей важко охопити поглядом. Ось лише деякі успішні дослідження з його допомогою, що згадуються в наукових публікаціях. По-перше, досліджувалися живі тканини людини і тварин, особливо м’язові тканини, де важливо отримати картину пружності і щільності об’єкта. Вже отримано, наприклад, зображення серця зародка миші, по якому можна стежити за роботою клапанів і інших внутрішніх елементів серця; показана внутрішня структура личинки фруктової мухи: вдалося дослідити процес «старіння» еритроцитів крові за ознакою зміни їх пружності з віком.
Надзвичайно важливим є те, що акустична мікроскопія не робить впливу на живі тканини на відміну, наприклад, від рентгеноскопії.
Друга, не менш перспективна область застосування методів гіперзвукової мікроскопії – це технічний контроль матеріалів і виробів, особливо компонентів мікроелектроніки: інтегральних схем, напівпровідників і так далі. Тут можна виявити дефекти, які приховані як від ока людини, так і від усіх відомих контрольних приладів.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.