Dánske mikroskopické kráľovstvo

Pri návšteve Dánskej technickej univerzity nás s veľkou hrdosťou zaviedli do svojho nového Centra pre elektrónovú nanoskopiu, ktoré otvorili v decembri 2007. Centrum je unikátne svojimi siedmimi elektrónovými mikroskopmi.

Centrum postavili na voľnom priestranstve univerzity za neuveriteľne krátky čas - 1,5 roka. Je to úžasné, keďže stavbu sprevádzali najmä náročné technické úpravy podložia, lebo budova musí eliminovať akékoľvek záchvevy či vibrácie, ktoré by znemožnili prácu citlivých prístrojov. Okrem toho musí byť poriadne zabezpečená, pretože mikroskopy, ktoré ukrýva, majú nesmiernu hodnotu. Samozrejme, bez štedrého daru by to nešlo, veď ktorá univerzita by si mohla dovoliť zo svojho rozpočtu vybudovať takéto veľkolepé dielo? A tak bol Morsk McKinney Maeller, majiteľ lodnej spoločnosti, na otváracej slávnosti veľmi prekvapený, keď sa zahľadel do jedného z mikroskopov. Na kúsku platiny širokom ako ľudský vlas videl vygravírovanú jednu zo svojich lodí. To bol darček od univerzity, ktorá sa aj takto poďakovala svojmu sponzorovi za 13,4 milióna eur dotácie.

Sedem statočných

Zväčšenie ľudského vlasu na veľkosť 40 futbalových ihrísk alebo tenisovej loptičky až na parametre Zeme. Toto je približne ekvivalent toho, čo robia ako prvé fyzici, chemici, biológovia a materiáloví vedci pri študovaní vzoriek na dvoch veľkých elektrónových mikroskopoch. Zväčšenie môže byť až 100 miliónnásobné s rozlíšením 0,07 nanometra, a to je približne polovica atómu uhlíka. „Náš najväčší mikroskop je jediný transmisný elektrónový mikroskop na svete, ktorý dokáže kombinovať opravu odchýlky a jednofarebnosť znázornenia s možnosťou vstrekovania plynov do mikroskopu," hrdo predstavil svoje „dieťa" Rafal Dunin - Borkowski, riaditeľ centra.
Druhý najväčší transmisný mikroskop má to isté veľkolepé rozlíšenie, ale je optimalizovaný na štúdium vzoriek vo vákuu, vysvetlenie a vylepšenie atómových štruktúr polovodičov pre nanoelektroniku, nanooptiku a nanosenzory. Najmenší mikroskop sa používa na rutinnejšie práce, pri výučbe a na predbežné štúdie vzoriek pred ich testovaním pod veľkým mikroskopom.
V troch skenovacích elektrónových mikroskopoch elektrónový lúč skenuje povrch vzorky a zväčšuje ho až vyše 200 000-krát. Dva z týchto mikroskopov pomocou iónových lúčov skenujú v tenučkých plátkoch celú vzorku vrstvu po vrstve, a tak ju dokážu v počítači priestorovo (v 3D) zrekonštruovať... Pinzetou, schopnou uchopiť vzorky v nanoveľkostiach, môžu vedci ma­nipulovať s nanoštruktúrami, napríklad uhlíkovými nanorúrkami.

Využitie v praxi

Elektrónové mikroskopy nielen že pomáhajú „rozobrať" skúmanú vzorku, ale umožňujú i sledovať hoci jej chemické reakcie. Napríklad oxidačné reakcie vznikajúce v rôznych prírodných podmienkach - plastov v prírode, dĺžku ich rozkladu a ich vplyv na životné prostredie. Alebo oxidáciu železných povrchov a ich ochranu.
Ďalšou oblasťou sú katalyzátory uľahčujúce chemické reakcie. Katalyzátor tvorí pórovitý podporný materiál s katalyticky aktívnymi nanokryštálmi na povrchu. Veľký transmisný mikroskop umožňuje skúmať interakcie medzi priemyselným katalyzátorom a plynom na atómovej úrovni. To umožňuje pripravovať lepšie katalyzátory a zlepšovať chemické reakcie. Hudbou budúcnosti sú teda metalické nanoštruktúry či environmentálne biotechnológie.

Nanočipy pre budúcnosť
Už roky je trendom v digitálnej technike miniaturizácia a zvýšenie výkonu, kapacity, rýchlosti. Tento trend môže a bude pokračovať vďaka extrémne malým a výkonným čipom. Budú sa zostavovať zo súčiastok tvorených atómami a molekulami. Napríklad polovodičové vedenia môžu byť z plynu, pričom vedci môžu sledovať pod transmisným elektrónovým mikroskopom proces ich rastu na atómovej úrovni.
Malé nanomagnety majú veľkú perspektívu pri ukladaní údajov, pretože magnetické nanočastice môžu ukladať obrovské množstvá údajov i na obmedzenom priestore. Nanomagnety sú pre nás ešte stále trochu záhadné, lebo sa správajú inak ako veľké permanentné magnety. Napríklad orientácia ich magnetického poľa sa môže spontánne meniť a ich vlastnosti sme ešte úplne nepochopili. Pod veľkým elektrónovým mikroskopom sa dajú skúmať nanomagnety v rôznom chemickom prostredí a vyhodnocovať, ako prostredie ovplyvňuje ich magnetické vlastnosti.
Ďalšou oblasťou, kde sú potrebné manipulácie na úrovni nanosveta, je zelená chémia, zdravotnícka starostlivosť a medicína, kozmetický, textilný a materiálový priemysel. To prináša množstvo otáznikov, ktorým sa venujú a ešte plánujú venovať v centre.
R. Dunin - Borowski nám v centre osobne všetko poukazoval, vysvetľoval. Rozdelil nás do skupiniek, aby sme mohli jednotlivé mikroskopy navštíviť. Zaujímavý postreh mám z veľkých mikroskopov, ktoré sídlili v tmavých odizolovaných a klimatizovaných miestnostiach bez okien. Mohli sme do nich vchádzať len po dvoch, aby vyšší počet ľudí nenarušil teplotu na tomto pracovisku svojou telesnou teplotou a neovplyvnil tak výsledok pozorovania. Našťastie, stena s dverami bola celá z niekoľkých vrstiev skla, takže bolo cez ňu vidno dnu i von. Inak by tam človek hádam dostal klaustrofóbiu. Zaujímali sme sa aj o dobrú angličtinu dánskych študentov. Je to vďaka tomu, že posledné dva ročníky magisterského štúdia študujú v angličtine.
Samozrejme, úžasné mikroskopy neslúžia iba študentom Dánskej technickej univerzity pri ich vedeckom bádaní, ale využívajú ich aj doktorandi či vedeckí pracovníci z ďalších oblastí vedeckého života z iných krajín. O podmienkach, za akých sa dá prísť pracovať do centra, sa dočítate na stránke:
www.cen.dtu.dk.

M