eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #4/2014
П.Гнаук
Комплексные решения для микроскопии: световой, рентгеновской, электронной
Комплексные решения для микроскопии: световой, рентгеновской, электронной
Просмотры: 5267
Carl Zeiss – известнейший бренд в области микроскопии, аналитического и измерительного оборудования. Имеющий более чем полуторавековую историю немецкий концерн предлагает передовые решения для различных областей науки и отраслей промышленности, включая микроскопы для исследования наноразмерных объектов. В конце апреля эксклюзивный представитель Carl Zeiss в России и странах СНГ компания "ОПТЭК" выступила одним из организаторов международной конференции «Приоритетные направления научных исследований нанообъектов искусственного и природного происхождения» STRANN-2014, которая прошла в Санкт-Петербурге. В конференции принял участие д-р Питер Гнаук, старший менеджер по развитию бизнеса Carl Zeiss в области решений для микроскопии. В эксклюзивном интервью нашему журналу д-р Гнаук рассказал о тенденциях в области микроскопии, уникальных разработках и преимуществах приборов Carl Zeiss.
Господин Гнаук, какие продукты Carl Zeiss наиболее востребованы лабораториями, занимающимися исследованиями и разработками в области нанотехнологий?
Для исследования наноразмерных объектов необходимы измерительные приборы с соответствующим разрешением, поэтому лабораториями и исследовательскими центрами в первую очередь востребованы растровые электронные микроскопы серий EVO, SIGMA и MERLIN. Еще одна интересная для наноиндустрии группа приборов – ионные микроскопы. В 2007 году мы впервые представили гелиево-ионный микроскоп ZEISS ORION, который позволяет получать больше информации о деталях и структуре объектов. Если обычный растровый электронный микроскоп обладает разрешением около 1–2 нм, то сканирующий гелиево-ионный микроскоп позволяет исследовать объекты с разрешением до 0,35 нм.
В каких отраслях находят применение электронные и ионные микроскопы Carl Zeiss и какие направления, на ваш взгляд, наиболее перспективны?
Во-первых, наши приборы используются в разнообразных материаловедческих исследованиях, например для визуализации структуры сталей и сплавов в металлургии или для изучения свойств полупроводниковых материалов, применяемых в электронной промышленности.
Во-вторых, обширная область применения электронной и ионной микроскопии – исследования биологических объектов на субклеточном уровне. В частности, электронные микроскопы успешно используются для изучения морфологии тканей мозга. В гелиево-ионных микроскопах реализована иная технология контрастирования, и они особенно эффективны при изучении структуры поверхностей биологических объектов, например клеточных мембран. В отличие от пучков электронов ионы гелия почти не рассеиваются под поверхностью образца, обеспечивая получение лучшего контраста и большей глубины резкости, а значит, и более детализированных результатов.
В среднем по миру около 60% установок электронных и ионных микроскопов выполняются в академических учреждениях и 40% – в промышленности, причем если в области материаловедческих исследований несколько выше доля промышленных лабораторий, то для биологических исследований приборы больше востребованы лабораториями в научных и образовательных центрах, институтах и университетах.
Что касается перспектив, то, например, активное изучение графена создает предпосылки для роста использования ионной микроскопии, так как эта технология, с одной стороны, позволяет получать наиболее точные изображения поверхности подобных материалов, с другой – обеспечивает возможность ее наноструктурирования. Еще одно интересное направление – создание или корректировка наноструктуры на поверхности материалов для фотоники. Например, ионная микроскопия может применяться с целью локального изменения отражающей способности элементов для экспериментов с накопителями света или оптическими резонаторами.
Каковы тенденции в области электронной микроскопии?
Исследователи все чаще заинтересованы в получении максимально полной информации об исследуемом объекте, и здесь им приходят на помощь корреляционные техники, позволяющие легко сочетать разные измерительные технологии в одном исследовании, например электронную, световую и рентгеновскую микроскопии. Также растут требования к разрешению приборов, но для повышения последнего необходимо решить ряд проблем, в частности коррекции аберраций. Такая возможность уже доступна в просвечивающей электронной микроскопии, и мы активно ведем разработки для растровых электронных микроскопов. Реализация коррекции аберраций позволит выполнять максимально широкий круг исследований с субнанометровыми разрешениями.
В чем особенности технологии корреляционной микроскопии, разработанной Carl Zeiss?
Наша компания единственная в мире выпускает и световые, и электронные/ионные, и рентгеновские микроскопы. Широкое продуктовое портфолио – важное конкурентное преимущество Carl Zeiss, так как наши заказчики получают полный комплекс совместимых друг с другом решений из одних рук и могут с максимальной эффективностью комбинировать возможности приборов разных типов. В частности, мы разработали корреляционную технологию, которая заключается в сочетании разных способов измерений заданной области образца. Технически это реализуется с помощью программно-аппаратной системы Shuttle & Find, обеспечивающей перенос образца между приборами и автоматическую передачу информации о координатах измеряемого участка. Благодаря этому исследователь за минимальное время получает максимум информации об изучаемом объекте. Следует отметить, что данное решение является модульным и масштабируемым, то есть может быть установлен как комплекс оборудования с системой Shuttle & Find, так и дооснащены имеющиеся приборы, причем к системе могут без проблем подключаться новые микроскопы по мере их установки в лаборатории.
Корреляционная технология успешно применяется на практике как в материаловедческих, так и в биологических исследованиях, в том числе в России. В частности, система Shuttle & Find установлена в Архангельске в Центре коллективного пользования Северного (Арктического) федерального университета им. М.В.Ломоносова, обеспечивая возможность объединения световой и электронной микроскопии. Кстати, на этом оборудовании специалисты центра выполняют и прикладные исследования, например для нужд развитой в регионе целлюлозно-бумажной промышленности.
Насколько важным для Carl Zeiss стало приобретение в 2013 г. компании Xradia?
Покупка Xradia позволила дополнить наше портфолио решений рентгеновскими микроскопами, которые обеспечивают разрешение от субмикронного
до 50 нм, заполняя нишу между возможностями световой и электронной микроскопии. С точки зрения создания трехмерных изображений, рентгеновская микроскопия также органично дополнила наши линейки лазерных сканирующих, а также растровых электронных и электронно-ионных микроскопов.
Какие факторы учитываются при планировании разработок новых приборов и технологий? Практикуется ли сотрудничество в этой области с научными организациями?
Самый важный фактор – перспективы на рынке. Мы создаем новые решения под конкретные задачи, ориентируясь на запросы пользователей. С научными и образовательными институтами сотрудничество ведется в основном в области разработки методов исследований. Например, совместно с Федеральной политехнической школой Лозанны EPFL (Швейцария) недавно был успешно реализован проект по разработке технологии трехмерного энергодисперсионного спектроскопического анализа. Суть метода заключается в следующем: галлиевый ионный пучок срезает тонкий слой материала с поверхности образца, а с помощью электронного пучка и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии фиксируется локальный химический состав, после чего процесс повторяется. Фактически речь идет о химическом анализе с разрешением электронного микроскопа, в результате которого формируется трехмерная карта химического состава образца. Ежегодно мы реализуем 3–4 подобных проекта с разными научно-образовательными институтами. При выборе направлений исследований исходим прежде всего из их практической значимости для тех областей, в которых применяются наши приборы.
С какими проблемами приходится сталкиваться при внедрении оборудования и как организована методическая поддержка пользователей приборов Carl Zeiss?
При поставке оборудования в обязательном порядке проводится обучение пользователей. Благодаря этому прибор обслуживается подготовленным персоналом, что позволяет минимизировать число проблем. Методическая помощь оказывается специальным департаментом нашей компании. В целом поддержка пользователей – одно из важнейших направлений нашей работы, в котором участвуют специалисты разных подразделений Carl Zeiss, в зависимости от характера возникающих проблем. Мы регулярно проводим семинары, мастер-классы и другие обучающие мероприятия для пользователей наших приборов, помогаем им решать практические задачи в различных областях исследований. В некоторых случаях мы принимаем непосредственное участие в исследовательских проектах, реализуемых нашими заказчиками. На территории России и стран СНГ эту работу ведут наши эксклюзивные дистрибьюторы, эксперты и сервисные инженеры компании "ОПТЭК", а при необходимости подключаются специалисты Carl Zeiss.
Насколько важен для Carl Zeiss российский рынок?
Россия – очень перспективный растущий рынок с развивающейся промышленностью и высокими инвестициями в науку. Только электронных микроскопов нашего производства в России установлено более 250 единиц. Масштабные проекты реализованы в Санкт-Петербургском государственном университете, Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова, в научно-образовательных учреждениях и центрах коллективного пользования Владивостока, Новосибирска, Екатеринбурга, Казани, Нижнего Новгорода и многих других городов страны. Некоторые центры, например Междисциплинарный ресурсный центр по направлению "Нанотехнологии" в НИИ Физики физического факультета CПбГУ в Петергофе, входят по уровню оснащения в число наиболее современных не только в российском, но и в европейском масштабе. В частности, в этом центре установлен один из первых в мире гелиево-ионных микроскопов ZEISS ORION. Хотел бы особо отметить успешную работу компании "ОПТЭК" по продвижению и сопровождению наших решений на рынках России и стран СНГ.
Спасибо за интересный рассказ.
С д-ром П.Гнауком беседовали
Д.Гудилин и О.Шахнович
Господин Гнаук, какие продукты Carl Zeiss наиболее востребованы лабораториями, занимающимися исследованиями и разработками в области нанотехнологий?
Для исследования наноразмерных объектов необходимы измерительные приборы с соответствующим разрешением, поэтому лабораториями и исследовательскими центрами в первую очередь востребованы растровые электронные микроскопы серий EVO, SIGMA и MERLIN. Еще одна интересная для наноиндустрии группа приборов – ионные микроскопы. В 2007 году мы впервые представили гелиево-ионный микроскоп ZEISS ORION, который позволяет получать больше информации о деталях и структуре объектов. Если обычный растровый электронный микроскоп обладает разрешением около 1–2 нм, то сканирующий гелиево-ионный микроскоп позволяет исследовать объекты с разрешением до 0,35 нм.
В каких отраслях находят применение электронные и ионные микроскопы Carl Zeiss и какие направления, на ваш взгляд, наиболее перспективны?
Во-первых, наши приборы используются в разнообразных материаловедческих исследованиях, например для визуализации структуры сталей и сплавов в металлургии или для изучения свойств полупроводниковых материалов, применяемых в электронной промышленности.
Во-вторых, обширная область применения электронной и ионной микроскопии – исследования биологических объектов на субклеточном уровне. В частности, электронные микроскопы успешно используются для изучения морфологии тканей мозга. В гелиево-ионных микроскопах реализована иная технология контрастирования, и они особенно эффективны при изучении структуры поверхностей биологических объектов, например клеточных мембран. В отличие от пучков электронов ионы гелия почти не рассеиваются под поверхностью образца, обеспечивая получение лучшего контраста и большей глубины резкости, а значит, и более детализированных результатов.
В среднем по миру около 60% установок электронных и ионных микроскопов выполняются в академических учреждениях и 40% – в промышленности, причем если в области материаловедческих исследований несколько выше доля промышленных лабораторий, то для биологических исследований приборы больше востребованы лабораториями в научных и образовательных центрах, институтах и университетах.
Что касается перспектив, то, например, активное изучение графена создает предпосылки для роста использования ионной микроскопии, так как эта технология, с одной стороны, позволяет получать наиболее точные изображения поверхности подобных материалов, с другой – обеспечивает возможность ее наноструктурирования. Еще одно интересное направление – создание или корректировка наноструктуры на поверхности материалов для фотоники. Например, ионная микроскопия может применяться с целью локального изменения отражающей способности элементов для экспериментов с накопителями света или оптическими резонаторами.
Каковы тенденции в области электронной микроскопии?
Исследователи все чаще заинтересованы в получении максимально полной информации об исследуемом объекте, и здесь им приходят на помощь корреляционные техники, позволяющие легко сочетать разные измерительные технологии в одном исследовании, например электронную, световую и рентгеновскую микроскопии. Также растут требования к разрешению приборов, но для повышения последнего необходимо решить ряд проблем, в частности коррекции аберраций. Такая возможность уже доступна в просвечивающей электронной микроскопии, и мы активно ведем разработки для растровых электронных микроскопов. Реализация коррекции аберраций позволит выполнять максимально широкий круг исследований с субнанометровыми разрешениями.
В чем особенности технологии корреляционной микроскопии, разработанной Carl Zeiss?
Наша компания единственная в мире выпускает и световые, и электронные/ионные, и рентгеновские микроскопы. Широкое продуктовое портфолио – важное конкурентное преимущество Carl Zeiss, так как наши заказчики получают полный комплекс совместимых друг с другом решений из одних рук и могут с максимальной эффективностью комбинировать возможности приборов разных типов. В частности, мы разработали корреляционную технологию, которая заключается в сочетании разных способов измерений заданной области образца. Технически это реализуется с помощью программно-аппаратной системы Shuttle & Find, обеспечивающей перенос образца между приборами и автоматическую передачу информации о координатах измеряемого участка. Благодаря этому исследователь за минимальное время получает максимум информации об изучаемом объекте. Следует отметить, что данное решение является модульным и масштабируемым, то есть может быть установлен как комплекс оборудования с системой Shuttle & Find, так и дооснащены имеющиеся приборы, причем к системе могут без проблем подключаться новые микроскопы по мере их установки в лаборатории.
Корреляционная технология успешно применяется на практике как в материаловедческих, так и в биологических исследованиях, в том числе в России. В частности, система Shuttle & Find установлена в Архангельске в Центре коллективного пользования Северного (Арктического) федерального университета им. М.В.Ломоносова, обеспечивая возможность объединения световой и электронной микроскопии. Кстати, на этом оборудовании специалисты центра выполняют и прикладные исследования, например для нужд развитой в регионе целлюлозно-бумажной промышленности.
Насколько важным для Carl Zeiss стало приобретение в 2013 г. компании Xradia?
Покупка Xradia позволила дополнить наше портфолио решений рентгеновскими микроскопами, которые обеспечивают разрешение от субмикронного
до 50 нм, заполняя нишу между возможностями световой и электронной микроскопии. С точки зрения создания трехмерных изображений, рентгеновская микроскопия также органично дополнила наши линейки лазерных сканирующих, а также растровых электронных и электронно-ионных микроскопов.
Какие факторы учитываются при планировании разработок новых приборов и технологий? Практикуется ли сотрудничество в этой области с научными организациями?
Самый важный фактор – перспективы на рынке. Мы создаем новые решения под конкретные задачи, ориентируясь на запросы пользователей. С научными и образовательными институтами сотрудничество ведется в основном в области разработки методов исследований. Например, совместно с Федеральной политехнической школой Лозанны EPFL (Швейцария) недавно был успешно реализован проект по разработке технологии трехмерного энергодисперсионного спектроскопического анализа. Суть метода заключается в следующем: галлиевый ионный пучок срезает тонкий слой материала с поверхности образца, а с помощью электронного пучка и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии фиксируется локальный химический состав, после чего процесс повторяется. Фактически речь идет о химическом анализе с разрешением электронного микроскопа, в результате которого формируется трехмерная карта химического состава образца. Ежегодно мы реализуем 3–4 подобных проекта с разными научно-образовательными институтами. При выборе направлений исследований исходим прежде всего из их практической значимости для тех областей, в которых применяются наши приборы.
С какими проблемами приходится сталкиваться при внедрении оборудования и как организована методическая поддержка пользователей приборов Carl Zeiss?
При поставке оборудования в обязательном порядке проводится обучение пользователей. Благодаря этому прибор обслуживается подготовленным персоналом, что позволяет минимизировать число проблем. Методическая помощь оказывается специальным департаментом нашей компании. В целом поддержка пользователей – одно из важнейших направлений нашей работы, в котором участвуют специалисты разных подразделений Carl Zeiss, в зависимости от характера возникающих проблем. Мы регулярно проводим семинары, мастер-классы и другие обучающие мероприятия для пользователей наших приборов, помогаем им решать практические задачи в различных областях исследований. В некоторых случаях мы принимаем непосредственное участие в исследовательских проектах, реализуемых нашими заказчиками. На территории России и стран СНГ эту работу ведут наши эксклюзивные дистрибьюторы, эксперты и сервисные инженеры компании "ОПТЭК", а при необходимости подключаются специалисты Carl Zeiss.
Насколько важен для Carl Zeiss российский рынок?
Россия – очень перспективный растущий рынок с развивающейся промышленностью и высокими инвестициями в науку. Только электронных микроскопов нашего производства в России установлено более 250 единиц. Масштабные проекты реализованы в Санкт-Петербургском государственном университете, Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова, в научно-образовательных учреждениях и центрах коллективного пользования Владивостока, Новосибирска, Екатеринбурга, Казани, Нижнего Новгорода и многих других городов страны. Некоторые центры, например Междисциплинарный ресурсный центр по направлению "Нанотехнологии" в НИИ Физики физического факультета CПбГУ в Петергофе, входят по уровню оснащения в число наиболее современных не только в российском, но и в европейском масштабе. В частности, в этом центре установлен один из первых в мире гелиево-ионных микроскопов ZEISS ORION. Хотел бы особо отметить успешную работу компании "ОПТЭК" по продвижению и сопровождению наших решений на рынках России и стран СНГ.
Спасибо за интересный рассказ.
С д-ром П.Гнауком беседовали
Д.Гудилин и О.Шахнович
Отзывы читателей
