В ходе научной конференции Биотехмед 2016 в Геленджике, 26 сентября 2016 года участникам был представлен уникальный прибор - лазерный измерительно-информационный комплекс МИМ-340, созданный при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ, специалистами холдинга «Швабе» (входит в Госкорпорацию Ростех), на Уральском оптико-механическом заводе (г.Екатеринбург).
Микроскоп МИМ-340, признанный одним из лучших в мире по разрешающей способности, оснащён сверхплоским дпинноходовым координатным столом нанометрового разрешения и обладает широким спектром применения, от медицины до точного машиностроения, оптической промышленности, материаловедения и авиационно-космической отрасли.
В приборе МИМ-340 применена технология модуляционной интерференционной микроскопии. Впервые данное устройство было представлено на выставке в немецком гДюссельдорфе в 2014 г. За разработку и освоение промышленного производства прибора МИМ-340 авторскому коллективу проекта вручена премия Правительства России.
Микроскоп МИМ-340 превосходит все мировые аналоги по техническим характеристикам и номинирован в списке десяти лучших научных работ в Европе. Ключевая особенность микроскопа МИМ-340 - оригинальный алгоритм вычисления фазы отраженного от объекта волнового фронта, сочетающий в себе быстродействие шаговых методов и сверхразрешение фазометрических методов.
Важнейшие преимущества прибора МИМ-340 - получение полного кадра размером 1280x1024 пикселя всего за 0,3 секунды, бесконтактность измерений, простота работы и метрологическая достоверность измерений, визуализация оптически анизотропной области микроструктуры размером менее 100 нм, регистрация нанодинамики и запись «нанокино».
Принцип действия микроскопа основан на совместном использовании оригинальных технологий лазерной микроскопии МИМ и аэромагнитных направляющих. Такое сочетание позволяет исследовать поверхность крупногабаритных (до 300x300 мм) объектов без потери координаты и фокуса.
В настоящее время человек для решения задачи визуализации микроструктур использует разнообразные модели микроскопов: оптические, рентгеновские, электронные, сканирующие зондовые и даже лазерные. К числу последних относится и микроскоп МИМ-340. Его работа во многом основана на интерференции света, что позволяет наблюдать неокрашенные прозрачные структуры, а также вычислить их сухую массу.
Фактически МИМ-340 - это не просто микроскоп в стандартном понимании в качестве увеличительного стекла большой кратности, а настоящая многофункциональная технологическая платформа. С помощью этого устройства можно проводить трехмерную нано-визуализацию поверхности объекта, а также позиционировать сам объект с нанометровой точностью.
Поэтому 700 килограммов общего веса изделия включают в себя не только блок тысячекратное оптического увеличения, но и аналитический функционал, которого вполне хватило бы целому десятку разнообразных измерительных устройств. Микроскоп МИМ-340 работает с живой не окрашенной и нефиксированной клеткой. Это например, позволяет, увидеть, как отдельная клетка реагирует на действие препарата.
К тому же такой инструментарий очень полезен при проведении различных диагностик - с помощью микроскопа МИМ-340 можно выявлять патологии на ранних стадиях. А в случае с фармакологическими исследованиями применение микроскопа позволяет проводить доклинические изыскания новых препаратов на уровне клеточных линий: благодаря микроскопу можно наблюдать действие препарата на клеточном уровне, а также точнее определять показатели токсичности и резистентности.
Биомедицинские исследования в последние годы стали одним из главных трендов в мировой науке. Естественно, что в такой высокотехнологичной области невозможно обойтись без микроскопов: приставка «нано» подразумевает работу приборов на самом глубинном уровне.
При этом важным направлением в рамках подобных исследований является способность лазерного микроскопа МИМ-340 быть полезным при доклиническом использовании лекарственных препаратов. Применять такие препараты очень дорого даже в экспериментах с участием животных. Именно поэтому ученые создают клеточные модели, а затем проводят доклинические исследования на живой клетке уже с помощью МИМ-340.
Это позволяет исследовать резистентность новых препаратов на живой клетке и дает возможность экономить время для получения лицензии при исследовании на человеческих клетках. В рамках биомедицинской сферы примененияа посредством МИМ-340 можно проводить исследования эритроцитов, в частности выявлять патологии эритроцитов, вызванные конформацией гемоглобин.
Кроме того, микроскоп позволяет проводить активацию Т-лимфоцитов, что является одним из важнейших факторов в трансплантологии иммунологии и фармакологии. Микроскоп способен на весьма уникальную операцию - визуализацию РНК структуры в вирусах: это важный шаг при их изучении и последующей разработке вакцины.
Высокую эффективность МИМ-340 можно продемонстрировать одним важным примером: оценка эффективности лечения грибковых заболеваний посредством аппарата занимает 15 минут и заменят биопробу, исследовать которую пришлось бы на протяжении 10-12 дней.
Помимо всего прочего, микроскоп МИМ-340 может активно использоваться в в материаловедении (технологический контроль и обнаружение дефектов), полупроводниковой промышленности и в ядерной физике (проведение визуализации и создание цифровых топограмм). Во многом это обусловлено тем, что микроскоп превосходит все существующие мировые аналоги по ключевому параметру- разрешающей способности.
Так, время получения полного кадра с разрешением 1280х1024 пикселей составляет 0,3 секунды. В отличие от других микроскопов, МИМ-340 обладает возможностью исследования динамических характеристик объекта и визуализации оптически анизотропных структур.
Несмотря на всю сложность устройства, МИМ-340 по-своему прост. Благодаря методам фазовой микроскопии для работы микроскопа не нужны вакуум, зонды, обесцвечивание, фиксирование, флуоросцентные маркеры и много что еще. Компоновка микроскопа и дополнительного оборудования во многом зависит от поставленных перед устройством задач.
Например, лазерный комплекс можно использовать для резки, скрайбирования и абляции. А еще МИМ-340 применяют для контроля формы оптических деталей. Кроме того, имеется и комплекс для лазерного рисования: с его помощью можно рисовать фотошаблоны, дифракционные структуры, измерительные линейки и шкалы.
При этом повышенная точность результатов наблюдений обеспечивается за счет вращательных и поступательных кинематических пар и комплексов: они обеспечивают точность взаимного перемещения (вращения) в нанометровом диапазоне погрешностей.
Апробация МИМ-340 проходит в ведущих научных учреждениях России. Так, например, на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов с особым конструкторским бюро ОАО НПП «ВОСТОК» микроскоп применяют для контроля топологии интегральных микросхем на различных стадиях технологического процесса, а также для контроля шероховатости подложек из кремния и арсенида галлия. Подобные операции на других приборах выполнить было бы попросту невозможно.
Также микроскоп МИМ-340 успели опробовать в Пермском Государственном Национальном Исследовательском Университете, где микроскоп используется для научных и образовательных целей, а в качестве объектов исследования выступают аморфные и металлические сплавы, интегрально-оптические схемы, включая различные структуры на поверхности ниобата лития, протоннообменные волноводы, гребенчатые волноводы, электроды, маски.
В будущем микрскопы МИМ-340 планируют использовать для разработки базовой технологии и создания производства фотонных интегральных схем, а также для исследования различных фотонных кристаллов и структур на их основе.
Наконец, опробовать МИМ-340 удалось и сотрудникам Омского Государственного Технического Университета. Там посредством микроскопа исследуют бинарные системы («сталь+покрытие») при воздействии на них кратковременного теплового импульса. Скоро воспользоваться преимуществами МИМ-340 смогут еще больше научных учреждений. А их открытия и достижения поспособствуют настоящему прогрессу.
лазерный микроскоп МИМ-340 способствует скорейшему внедрению достижений нанотехнопогий, а также создаёт новые потенциальные возможности в решении научно-производственных задач.
ключевые слова:
Микроскоп лазерный, МИМ-340, нанотехнологии, наноизмерения
