據(jù)《連線》雜志報(bào)道,2007年末,一個(gè)英國(guó)科學(xué)家小組首次制作了一組納米級(jí)圖像,展示了含酶入侵細(xì)菌與DNA鏈的實(shí)時(shí)相互作用.這些技術(shù)的始祖便是掃描隧道顯微技術(shù),這項(xiàng)1986的發(fā)明讓其發(fā)明者榮獲了諾貝爾獎(jiǎng).掃描隧道顯微技術(shù)使得電子探針可以通過一個(gè)物質(zhì)上方,從而使科學(xué)家們得以看見高電子密度區(qū)域,并推斷單個(gè)原子和分子的位置.
為了紀(jì)念掃描隧道顯微技術(shù)發(fā)展25周年,科學(xué)家舉辦了一個(gè)名為SPMage07的國(guó)際競(jìng)賽,展示迄今為止獲得的最佳掃描隧道顯微圖像.
1、量子森林
該圖是由托斯藤-茲歐姆巴在德國(guó)實(shí)驗(yàn)室中捕獲的圖像,它展示了鍺硅量子點(diǎn)——僅高15納米,直徑為70納米.
量子森林
2、藍(lán)寶石上的陷坑
隨著納米技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)家們找到了新的方法,可以在原子水平上進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)造.伊利諾大學(xué)的斯科特-麥克萊倫與弗米雅-瓦他納比以及大衛(wèi)-卡希爾共同合作,制作了藍(lán)寶石襯底上精密巧妙制作的陷坑圖像.通過使用千萬(wàn)億分之一秒的激光脈沖撞擊其表面,這塊藍(lán)寶石被加熱了,表面留下了一道淺細(xì)的陷坑.之后,這塊藍(lán)寶石再次被撞擊加熱,就產(chǎn)生了圖中可見的內(nèi)部梯級(jí)結(jié)構(gòu).
這個(gè)大腸埃希桿菌展示了長(zhǎng)僅30納米的保存完好的鞭毛.為了制作這個(gè)圖像,科學(xué)家們使用了一個(gè)原子力顯微鏡.與掃描隧道顯微技術(shù)不同,這個(gè)原子力顯微鏡的尖端直接與樣本表面接觸了.通過測(cè)量插入微型懸臂中的力,可以計(jì)算顯微鏡尖端之間的力.原子力顯微鏡非常靈敏,它們可以探測(cè)到兆分之一牛頓大小的力.
4、具有自凈能力的納米絲
許多植物的葉片,包括荷花葉片,展示出了自我清潔的屬性.所謂的“荷花效應(yīng)”指的是,每一滴落在植物葉片上的雨滴都沖洗掉了其上的灰塵粒子,然而,這就減少了植物進(jìn)行光合作用的能力,從而導(dǎo)致植物顯得雜亂且低沉.這個(gè)長(zhǎng)寬均為2微米的原子力顯微鏡圖像顯示,科學(xué)家打算人為模擬荷花破壞灰塵的屬性——通過化學(xué)蒸鍍法,將納米絲進(jìn)行地毯狀組裝.當(dāng)水滴碰上這種超級(jí)不易被水沾濕的納米絲,水滴迅速滑落,將討厭的灰塵粒子帶走.
5、藍(lán)細(xì)菌
這個(gè)藍(lán)細(xì)菌的圖像是在一系列的實(shí)驗(yàn)后制作成功的,這些實(shí)驗(yàn)有助于科學(xué)家們了解藻類是如何借助其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)移動(dòng)的.物理學(xué)家西蒙-康納爾和大衛(wèi)-亞當(dāng)斯正將最新的原子力顯微技術(shù)應(yīng)用到生物系統(tǒng),如細(xì)胞分裂,趨化現(xiàn)象和共生現(xiàn)象.康納爾表示,原子力顯微鏡的精密度和靈敏度之高出乎人的意料,一個(gè)納米牛頓就相當(dāng)于網(wǎng)球場(chǎng)上兩個(gè)網(wǎng)球手之間產(chǎn)生的單個(gè)地心引力.這太神奇了！
6、碳納米管發(fā)出的電荷
科學(xué)家們使用靜電力顯微鏡獲取了這張絳蟲狀的圖像,圖中展示了直徑為18納米的碳納米管發(fā)出的電荷.馬瑞茲-茲德洛杰克表示,靜電力顯微鏡影響了靜電力,從而獲取了這些圖像,這是無(wú)法通過掃描隧道顯微技術(shù)實(shí)現(xiàn)的.茲德洛杰克說：“靜電力顯微鏡是一種非常簡(jiǎn)易的方法,它可以在納米世界中觀察包括納米管在內(nèi)任何物體的靜電性.我希望我的研究能帶來(lái)一種新電子設(shè)備的誕生.”圖中明亮的光暈是由納米管帽發(fā)射出的電荷所產(chǎn)生的,放電時(shí),納米管則變暗.
7、排成環(huán)狀的溴原子
掃描隧道顯微技術(shù)不僅僅被用來(lái)被動(dòng)觀察單個(gè)原子,還可被用來(lái)操縱原子,如通過顯微鏡尖端、某種精細(xì)刻度和保持穩(wěn)定的手來(lái)將原子拾起或者將其從一側(cè)推至另一側(cè).多倫多大學(xué)化學(xué)家楊森云利用掃描隧道顯微圖像證明“出現(xiàn)了一種分子水平的印刻新方法”,他說：“掃描隧道顯微技術(shù)是這個(gè)時(shí)期首工個(gè)被用來(lái)操縱原子的技術(shù),也是一種最佳工具.”圖中是對(duì)12個(gè)溴原子的近距離觀察,這12個(gè)溴原子通過分子自組裝技術(shù)排列成環(huán)形.楊先生目前正致力于納米級(jí)印刷機(jī)的研發(fā).
8、花簇
這個(gè)長(zhǎng)寬都是13納米的圖像展示了,使用分子束在一個(gè)單金晶體上進(jìn)行二茚并二萘嵌苯和銅鈦菁的分層結(jié)果.這些平面有機(jī)分子顯示出了半導(dǎo)體屬性.圖中展示了分子是如何在某種狀況下進(jìn)行自我排列,這對(duì)計(jì)劃制造未來(lái)半導(dǎo)體的科學(xué)家而言意義重大.
9、血細(xì)胞似面包圈
這些面包圈狀的血細(xì)胞在SPMage07排名中位居第二,科學(xué)家們利用它們研究細(xì)胞膜上抗生素縮氨酸的作用.圖中展示了人類在接受phyllomelittin治療后的紅血球表面,phyllomelittin是一種從猴樹蛙皮膚中分離出來(lái)的新型抗生素縮氨酸.(劉妍)
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