Старые DVD-диски, которые многие уже давно перестали использовать для просмотра фильмов, неожиданно обрели вторую жизнь в научной лаборатории. Группа исследователей из Санкт-Петербурга приспособила обычный поликарбонатный диск для настройки сложнейшего микроскопа, который видит мир на уровне нанометров.
Речь идет о сканирующем капиллярном микроскопе — приборе, который вместо привычной иглы или лазера использует стеклянную пипетку с отверстием в сотню нанометров. Через нее течет ионный ток, и по его изменениям микроскоп «ощупывает» поверхность. Проблема в том, что этот метод капризнее атомно-силовой микроскопии: на результат влияет заряд поверхности, химия раствора и даже форма самой пипетки. А калибровочные образцы, созданные для жестких кремниевых зондов, легко ломают хрупкие стеклянные наконечники. Нужен был мягкий, дешёвый и воспроизводимый тестовый полигон.
И тут на сцену вышел DVD. Его информационный слой содержит аккуратные ряды питов — крошечных углублений и соответствующих выступов на обратной стороне. Эти структуры имеют фиксированную глубину, ширину и период, словно специально созданные для калибровки. Ученые взяли высокоплотный диск, отделили поликарбонатную подложку и получили готовый рельефный шаблон. Не лазерную запись (она меняет свойства внутри материала), а именно физический микрорельеф на поверхности, который и нужен для их микроскопа. Они сравнивали изображения одних и тех же участков, полученные классическим атомно-силовым микроскопом и новым капиллярным. Для выступов — тех самых «холмиков» на диске — оба метода показали близкие результаты: граница перепада высот размывалась примерно на 80 нанометров. А вот для ямок-питов капиллярный микроскоп дал уширение аж до 200 нанометров. Почему? Стеклянная пипетка с ее неминуемой толщиной стенок просто не может до конца провалиться в узкую впадину, а еще там накапливается заряд — получается нечестная конкуренция с топографией.
Чтобы убедиться, что дело именно в геометрии зонда, исследователи взяли две пипетки с разными диаметрами апертуры — 180 и 280 нанометров. У более толстой уширение границы выросло до 200 нанометров, а глубина «проникновения» в ямку упала со 170 до 120 нанометров. Такой простой эксперимент позволяет не только оценить реальное разрешение микроскопа, но и сравнить разные нанопипетки между собой, понять, какая лучше проникает в рельеф. По сути, старый DVD превратился в удобный тест-полоску для наномира.
Конечно, не обошлось без курьезов. Когда одну и ту же область сканировали трижды подряд, поликарбонат начал деградировать: высота структур уменьшилась примерно на 50 нанометров. А если зонд стоял не строго перпендикулярно, на краях ямок возникали шумы — игла постоянно задевала стенку с одной стороны, как неуклюжий лыжник, который всё время натыкается на одно и то же дерево. Тем не менее, учёные довольны: поликарбонатный диск — не метрологический эталон, но отличный «подопытный кролик» для быстрой оценки разрешения и сравнения пипеток. И главное — он ничего не ломает. Так что не спешите выбрасывать старый DVD-диск. Возможно, он еще сослужит службу в лаборатории, помогая разглядеть то, что скрыто от обычных глаз.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
Исследование опубликовано в журнале «Научное приборостроение»
