Naukowcy z PWr konstruują mikroskop elektronowy na chipie

Na Politechnice Wrocławskiej powstanie pierwszy na świecie miniaturowy mikroskop elektronowy MEMS, wytworzony przy użyciu technik mikroobróbki krzemu i szkła. Będzie to przenośne urządzenie o wymiarach kilku centymetrów, które da nam obraz o wysokiej rozdzielczości i kontraście – mówi dr hab. Anna Górecka-Drzazga, prof. PWr.

Mikroskop będzie można wykorzystać do badania próbek biologicznych, potrzebnych m.in. we wczesnej diagnostyce nowotworów.  Klasyczne mikroskopy elektronowe to urządzenia próżniowe, które mają duże wymiary, są ciężkie i drogie i dlatego pracują jedynie w wyspecjalizowanych laboratoriach – wyjaśnia prof. Górecka-Drzazga z Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki PWr. Dodaje, że obecny rozwój technik MEMS (Mikro-Elektro-Mechaniczny System), umożliwia miniaturyzację wielu urządzeń. Współczesne samochody, telefony komórkowe, cyfrowe aparaty fotograficzne i wiele innych sprzętów działa właśnie dzięki mikrosystemom, czyli miniaturowym czujnikom i aktuatorom  wyposażonym w nowoczesną elektronikę – mówi profesor.

Spójna technologia

Wyjaśnia, że w kilku ośrodkach naukowych na świecie podejmuje się próby zminiaturyzowania poszczególnych elementów mikroskopu, ale nikomu jeszcze nie udało się  połączyć wszystkich komponentów w jedną funkcjonalną całość. Problemem jest opracowanie spójnej technologii, a co najważniejsze wytworzenie wysokiej próżni w bardzo małej objętości. My część z tych trudności mamy już za sobą, dzięki naszym wcześniejszym badaniom – tłumaczy prof. Górecka-Drzazga.

W jej zespole badawczym w Zakładzie Mikroinżynierii i Fotowoltaiki opracowano pierwszą na świecie jonowo-sorpcyjną pompę próżniową MEMS. To naprawdę duże osiągnięcie. Nawet pompa opracowana w Instytucie Technologicznym w Massachusetts (MIT), której działanie bazuje na tym samym zjawisku, nie wytwarza wysokiej próżni – twierdzi profesor. Dodaje, że ten innowacyjny wynalazek został już w Polsce opatentowany.

Naukowcy postanowili spróbować połączyć mikropompę z innymi miniaturowymi urządzeniami, czyli najpierw opracować mikroskop elektronowy MEMS, a w przyszłości  lampę rentgenowską czy spektrometr mas.

Wszystko na jednym chipie

Chcemy wszystkie elementy mikroskopu zaprojektować w postaci urządzeń MEMS i zintegrować je na jednym chipie. Wykorzystamy do tego technologię, którą mamy już dobrze opracowaną, czyli zastosujemy techniki formowania przestrzennych struktur w krzemie i szkle. Źródłem elektronów będzie krzemowa katoda pokryta nanorurkami węglowymi, do tego dołączymy kolumnę elektronooptyczną, składającą się z kilku odizolowanych elektrycznie krzemowych elektrod. To one będą sterować skupieniem wiązki elektronów na badanej próbce – tłumaczy prof. Górecka-Drzazga. Dalsze części mikroskopu to komora obserwacyjna na próbkę z bardzo cienką, przezroczystą dla elektronów membraną, układ rejestrujący obraz i wspominana już pompa próżniowa.

Intensywne prace nad mikroskopem rozpoczęły się na początku roku w ramach projektu Opus 11, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Profesor Politechniki Wrocławskiej otrzymała na jego realizację ponad milion złotych. W skład zespołu badawczego wchodzą: dr Michał Krysztof, dr Tomasz Grzebyk i doktorant Piotr Szyszka. Pamiętajmy, że są to badania podstawowe. Wykonamy wersję demonstracyjną urządzenia, którego parametry na pewno nie będą jeszcze optymalne – zaznacza prof. Anna Górecka-Drzazga. Dodaje, że produkowanie takiego urządzenia na skalę masową wymagałoby powołania międzynarodowego konsorcjum. Polski przemysł niestety nie inwestuje w rozwój mikrosystemów – dodaje szefowa grupy badawczej z PWr.

mikroskop elektronowy na chipie MEMS Politechnika Wrocławska chip Anna Górecka-Drzazga Michał Krysztof Tomasz Grzebyk Piotr Szyszka