Первый в мире прибор, способный копировать любой материал по одной частице

Российские ученые представили устройство, способное анализировать тепловые эффекты и микроструктуру материала за несколько миллисекунд. Для проведения тестов необходимы образцы весом от одного нанограмма. Эта инновационная разработка открывает возможности для оптимизации синтеза медицинских препаратов и моделирования технологий производства материалов в полимерной промышленности. Устройство также может быть использовано для безопасного изучения реакций горения и взрыва. Сочетание различных методов анализа позволяет видеть новые перспективы в исследовании материалов. Об этом пишет издание 1rre.ru.

В чем интерес эксперимента

Ученые из Университета МИСИС совершили значительный научный прорыв, разработав лабораторную установку, способную исследовать крупицы вещества с удивительной точностью — всего одной миллиардной доли грамма, или нанограмма. Этот инновационный комплекс приборов позволяет специалистам изучать теплоемкость материалов, наблюдать тепловые эффекты при их быстром нагреве или охлаждении, а также исследовать микроструктуру материала.

Особенность данной разработки заключается в том, что анализ происходит практически мгновенно — всего за несколько миллисекунд. Этот невероятно быстрый процесс позволяет ученым увидеть, что происходит с материалом при изменении его температуры на тысячи градусов в секунду.

Один из создателей приборного комплекса, руководитель лаборатории «Структурные и термические методы исследования материалов» Дмитрий Иванов, подчеркнул, что такие скорости нагрева сравнимы с взрывом и могут быть воспроизведены в лаборатории благодаря минимальному количеству энергии, используемому в установке. Такие нановзрывы не представляют опасности для исследователей, что делает эксперименты безопасными и эффективными.

Ученый раскрыл, что новая измерительная ячейка представляет собой тонкую мембрану на основе кремния, которая выполняет двойную функцию: она служит как подложка для образца, так и как микросхема, в которой заключена необходимая электроника. Этот инновационный чип позволяет контролировать нагрев образца и одновременно проводить измерения тепловых эффектов и структурных параметров.

По мнению ученого, разработанное устройство представляет значительный интерес для как фундаментальной, так и прикладной науки. В отличие от зарубежных аналогов, эксперименты с использованием новой технологии требуют гораздо меньше времени. Кроме того, она расширяет возможности выбора типов экспериментов для определения тепловых свойств материалов.

Одной из основных проблем, выделяемых ученым, является возможное наличие скрытого программного кода в зарубежном оборудовании, что может препятствовать доступу к исходным данным исследования. Тем не менее, новое устройство открывает перспективы для более эффективного и безопасного проведения исследований в области тепловых характеристик вещества.

Как проходил и к чему привел эксперимент?

Разработка нового способа исследований материалов обещает значительно упростить работу ученых в различных отраслях, где требуются материаловедческие исследования. Дмитрий Иванов отмечает, что данная технология окажется особенно полезной на полимерном производстве, где с ее помощью можно воспроизвести условия изготовления продукции на малом объеме вещества.

Этот новый метод также будет актуален в фармацевтике, где специалисты синтезируют и изучают фармакологическую активность различных препаратов. Кроме того, установка позволит эффективно изучать свойства биополимеров.

Одним из важных направлений применения новой разработки является изучение процессов горения материалов. С ее помощью ученые смогут безопасно исследовать механизмы цепных реакций, происходящих во время взрывов, на микроскопических образцах.

Открытый дизайн разработки позволяет сочетать ее с различным научным оборудованием, таким как рентгеновский аппарат, электронный или оптический микроскоп. Это дает возможность проводить комплексные исследования. Алексей Мельников, ведущий инженер проекта, отмечает, что благодаря этому ученые смогут добиться значительных результатов.

В настоящее время опубликована серия статей, демонстрирующих эффективность новой технологии. Одна из последних работ показала, что даже простой оптический микроскоп, оснащенный сверхбыстрой видеокамерой и сочетаемый с новой установкой, может дать результаты, сопоставимые с установками класса мегасайенс. Это открывает новые возможности для научных исследований и обещает значительные прорывы в науке.

Установку, разработанную специалистами, можно рассматривать как новый этап в развитии приборостроения, который позволяет собирать научные комплексы из отдельных аппаратов и изучать неизвестные материалы при помощи разнообразных методов за короткий срок. Как отметил Алексей Мельников, такой подход открывает новые возможности для более глубокого понимания физических процессов, таких как термодинамика, и расширяет знания школьников и студентов в этой области.

Ученые сообщили, что разработана программа и методические материалы для внедрения новых методов в учебный процесс в передовых образовательных учреждениях. Эти новые приборы помогут учащимся углубленно изучать термодинамику и кинетику химических реакций.

Особенности обсуждаемого метода включают быстрый анализ, полную информацию о структуре и теплофизических свойствах материалов, а также высокую чувствительность к образцу и возможность работы с малыми количествами вещества. Это особенно важно для исследований, где ограничено количество образцов, например, из-за высокой стоимости синтеза новых препаратов.

Комбинирование различных методов позволяет получать результаты, которые ранее были недоступны. Как подчеркнула Азалия Ахкямова, возможность анализа термодинамически неустойчивых систем имеет важное значение для химии, фармацевтики и других отраслей, и может вызвать интерес у российских исследователей.

Ольга Тарасова отметила, что для успешного внедрения установки важно продумать технологичность ее конструкции. Это позволит отладить производство приборов в серийном масштабе и обеспечит удобство использования в научных лабораториях. Однако этот процесс может потребовать значительного времени.

Комментировать

Расскажите, а что вы думаете об этом?

Отправить