Экспериментальные технологии

Алексей Левин 13.01.2009

Суперсканер от IBM

Модель IBM

В Альмаденском исследовательском центре корпорации IBM построен и опробован магнитнорезонансный сканер нового типа. Прибор, созданный под руководством Дэниэла Ругара [Daniel Rugar], по объемной разрешающей способности в 100 миллионов раз опережает серийные диагностические установки, действующие на основе эффекта ядерного магнитного резонанса, которые сейчас используют в медицинских центрах. Они в лучшем случае позволяют разглядеть детали тканей размерами не менее долей миллиметра.

Новый прибор уже в своей нынешней форме позволяет снизить этот порог до нескольких нанометров. Поэтому он дал возможность получить структурный портрет вирусной частицы, чего еще никогда не удавалось сделать магнитнорезонансными методами.

По мнению разработчиков, в будущем эта технология пойдет еще дальше и даст возможность создавать объемные изображения отдельных молекул. Созданное в Альмаденском центре устройство фактически представляет из себя гибрид магнитнорезонансного сканера и атомного силового микроскопа. Отсюда и название – магнитнорезонанская силовая микроскопия.

Этот метод структурного анализа уже не раз доказывал свою исключительную перспективность. С его помощью в 2004 году Ругар и члены его группы произвели подлинную сенсацию, впервые зарегистрировав магнитный сигнал, посылаемый одним единственным электроном.

Главная деталь прибора – это микроскопическая силиконовая полоска в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Один ее конец жестко закреплен, второй свободен. Под ним находится крошечный магнит, создающий постоянное магнитное поле. Подлежащий исследованию образец помещается на свободный конец силиконовой консоли. В данном случае таким образцом послужил вирус табачной мозаики. Как и другие биологические объекты, он в основном состоит из водорода. Протоны, ядра водорода, обладают спиновыми магнитными моментами, которые во внешнем магнитном поле ориентируются по его силовым линиям.

Рядом с консолью расположена сверхминиатюрная индукционная катушка, посылающая переменные магнитные импульсы. Под их воздействием ядерные спины перебрасываются из первоначального направления в противоположное, а затем возвращаются обратно. Поскольку из-за этого периодически меняется сила притяжения между образцом и магнитной частицей, консоль начинает вибрировать. Эти вибрации регистрируются с помощью очень тонкой системы лазерного слежения. Естественно, что их величина зависит от количества протонов, претерпевших такие перебросы.

Но как же собирается структурная информация? Все дело в том, что спиновые осцилляции происходят не по всему объему вирусной частицы, а только в узком слое. Поэтому прибор позволяет получать сведения о распределении водородных атомов в таких срезах. Компьютерные программы объединяют эти сведения и на их основе реконструируют трехмерное изображение вирусных внутренностей.

Вирус табачной мозаики был выбран не случайно. Он давно и многократно исследован другими методами, так что его структура хорошо известна. Поэтому ученые из группы Ругара могли без проблем сравнить свои результаты с достоверными данными о внутреннем устройстве этого микроба. В результате они убедились, что их прибор дает возможность надежно разглядывать детали вирусной структуры размерами вплоть до четырех нанометров. Поперечник самого вириона равен примерно 18 нанометрам.

Конечно, Ругар и его ассистенты пока что построили только уникальную экспериментальную установку, существующую в единственном экземляре. Пока еще рано предсказывать, когда на ее основе IBM разработает и начнет выпускать серийные магнитнорезонансные сканеры небывалой чувствительности. Однако технический прогресс движется вперед семимильными шагами, так что скорее всего ждать осталось недолго.

Лед проводам не страшен

iВиктор Петренко

Профессора Дартмутского колледжа Виктор Петренко и Чарлз Салливан [Charles Sullivan] изобрели простую и эффективную технологию, позволяющую предотвращать обледение электрических проводов. Она позволяет изменять сопротивление кабелей и в случае необходимости заставлять их обогреваться собственным теплом. Новые кабели вместе с управляющей аппаратурой вскоре пройдут испытания в России неподалеку от Оренбурга.

Изобретатели пока не разглашают физические принципы работы своей системы, поскольку она еще не защищена патентами. Однако профессор Петренко рассказал Русской службе «Голоса Америки», что эту технологию можно использовать на работающих линиях, ни на секунду не прерывая снабжение потребителей энергии.

В этом отношении она абсолютно уникальна. Все другие способы очистки кабелей от ледяных наростов требуют предварительного отключения от сети. К тому же стоимость защиты в расчете на один погонный километр падает вместе с ростом передаваемой мощности. Поэтому новая система идеально подходит для защиты  магистральных электрических сетей высокого напряжения.

Коммерческие права на технологию принадлежат фирме Ice Engineering LLC из штата Нью-Хэмпшир. Она планирует получить на нее патенты не только в США, но также в России и в Китае. Фирма уже ищет инвесторов, заинтересованных в промышленном производстве не боящихся обмерзания кабелей.