Создано ультразвуковое устройство, чувствительность которого позволяет "услышать" движение отдельных молекул - «Наука и технологии»

Ультразвуковые технологии широко используются людьми в течение нескольких десятилетий, обеспечивая неразрушающий контроль технологических процессов, позволяя медикам увидеть внутренние органы человека без необходимости хирургического вмешательства и т.п. Вполне естественно, что с увеличением общего уровня развития современных технологий, ультразвуковые технологии так же становятся более совершенными, чувствительными и функциональными. И то, чего удалось добиться исследователям из университета Квинсленда, можно охарактеризовать фразой "достижение совершенства", разработанное ими ультразвуковое устройство имеет столь высокую чувствительность, что оно способно "услышать" колебания отдельных молекул воздуха или же перемещения отдельных живых клеток, в том числе и бактерий.

В традиционных ультразвуковых технологиях излучатель и приемник изготовлены из кристаллов пьезоэлектрических материалов. Эти материалы, как известно, начинают вибрировать при подаче на них электрического тока, создавая звуковые колебания, частота которых находится за пределами чувствительности человеческого уха. Ультразвуковые волны, пройдя сквозь воздух или воду, отражаются от более твердых поверхностей и возвращаются к приемнику, где происходит обратное преобразование механических колебаний в электрический сигнал. Вычислительные устройства могут расшифровать информацию, заключенную во времени задержки прибытия отраженных волн, их форме, фазе и построить на основе этой информации достаточно четкое изображение.

Естественно, у ультразвуковых технологий имеются свои пределы возможностей, определенные чувствительностью и другими параметрами используемой техники. Поэтому исследователям из Квинсленда пришлось использовать нетрадиционный подход для получения повышенной чувствительности их устройства. А устройство, собственно, представляет собой кварцевый диск, диаметров 148 микрон и толщиной в 1.8 микрона, помещенный поверх структуры полупроводникового лазера. Поскольку звуковые колебания воздействуют на материал диска в различных точках по-разному, это приводит к возникновению крошечных деформаций, значения которых считываются при помощи лазера и что используется впоследствии для построения более высококачественных изображений.

"Использование лазерного света позволяет нам в достаточно высокой точностью измерить механические колебания и деформации, амплитуда которых измеряется аттометрами, что немногим больше одной тысячной части от ширины ядра атома" - пишут исследователи, - "Все это было изначально разработано для использования в новых квантовых технологиях, но позже мы обнаружили, что данный метод позволяет создать крайне чувствительный ультразвуковой датчик".

Этот новый ультразвуковой датчик минимум в сто раз более чувствителен, чем любой существующий из современных высокоточных датчиков. Он позволяет измерять искажения ультразвуковых волн, вызванных воздействием очень слабых сил, таких, как силы гравитации, тянущие вниз одну молекулу. Другими словами, этот датчик может услышать колебания отдельных молекул или "отзвуки" процессов, происходящих внутри отдельных живых клеток.

"Живые клетки, оказывается, вибрируют в процессе своей жизнедеятельности. Регистрация этих колебаний и определение их параметров позволят нам узнать не только жива или мертва данная клетка, получаемая информация уже может показать нам, больна или здорова данная клетка, какую она имеет природу, нормальную или злокачественную, и что за процессы происходят внутри ее в данный момент времени" - пишут исследователи, - "Такие возможности в скором времени могут стать базой, на которой поднимется новая область медицинской "клеточной диагностики". Более того, на базе новой ультразвуковой технологии могут быть разработаны совершенные навигационные системы, используемые роботами и самоуправляемыми автомобилями".