Учёные из «Сколтеха» определили резонансные частоты вибраций панцирей диатомовых водорослей. Диатомовыми называют одноклеточные микроводоросли с узорчатыми экзоскелетами из «природного стекла» — диоксида кремния. Структура этих экзоскелетов привлекает инженеров, работающих над электронными и оптическими микроустройствами, например, крошечными ультразвуковыми датчиками для высокотехнологичной медицинской диагностики и сверхбыстрыми фотонными микросхемами, которые будут обрабатывать световые сигналы вместо электрических. Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters, рассказали информационной службе Хабра в пресс-службе «Сколтеха».
Диатомовые водоросли — основной компонент планктона. Они настолько широко распространены в океанах, реках и почвах, что на них приходится четверть всей биомассы планеты и пятая часть кислорода, вырабатываемого растениями Земли. Прочные и лёгкие панцири диатомовых водорослей подтолкнули учёных исследовать свойства и структуру этих панцирей. Результаты исследований стали применять в ряде материалов и продуктов — от абразивного компонента зубной пасты и состава для полировки металла до систем водоочистки и кошачьих туалетов. Юлияна Цветинович
Первый автор исследования, научный сотрудник «Сколтеха»
«В этой работе компьютерное моделирование сочетается с экспериментом. В ходе моделирования резонансные частоты диатомовых в диапазоне от 1 до 8 МГц были спрогнозированы, после чего мы получили первое известное экспериментальное подтверждение значений этих частот при помощи атомно‑силового микроскопа».
Знание резонансных частот этих микроскопических структур необходимо, чтобы воспроизвести их «природный дизайн» при изготовлении элементов крошечных устройств, сочетающих механику с оптикой (фотонные интегральные схемы) либо с электроникой (микроэлектромеханические системы). В свою очередь, устройства такого рода используются в качестве микрофонов гаджетов, датчиков давления в автомобильных шинах, акселерометров в гарнитурах виртуальной реальности, динамиков слуховых аппаратов, сенсоров в составе навигационных систем самолётов и так далее.
По словам первого автора исследования, научного сотрудника «Сколтеха» Юлияны Цветинович, изделия, повторяющие структуру диатомовых панцирей, можно использовать в качестве основных компонентов устройств, где требуется высокая чувствительность к вибрациям или гашение вибраций. В микромире даже сравнительно слабые вибрации могут негативно отражаться на производительности устройств. И тут могут помочь элементы, копирующие устройство панцирей. Дмитрий Горин
Один из руководителей исследования, заведующий Лабораторией биофотоники, профессор «Сколтеха»
«Наша лаборатория активно развивает инновационный метод медицинской диагностики, который называется оптоакустикой. Принцип работы основан на том, что при помощи безвредного для человека света возбуждаются ультразвуковые колебания интересующих нас объектов внутри организма — этими объектами могут быть клетки крови, капилляры и сосуды. Термоупругая деформация, инициируемая лазерным импульсом, заставляет их издавать ультразвуковой сигнал. И если у вас есть очень чувствительный датчик, то вы можете „услышать“ этот сигнал и реконструировать местоположение и химический состав данных объектов в организме. Такой датчик можно изготовить на основе фотонных интегральных схем, а его сенсорная мембрана будет воспроизводить структуру панциря водоросли».
Ранее исследователи из «Сколтеха» предложили оптоакустический эндоскоп для микрохирургии и медицинской диагностики. Также они определили, как статические и динамические механические свойства панцирей диатомовых водорослей связаны с их структурой, что потребовало виртуозного с точки зрения владения атомно‑силовым микроскопом эксперимента.
По мнению самих учёных, один из вариантов продолжения работы представляет собой разработку искусственных структур на основе диатомовых водорослей и изучение их интеграции в ультразвуковые детекторы на основе фотонных интегральных схем в качестве высокочувствительных мембран.
Источник новости: habr.com
