Rozpakowanie „czarnej skrzynki” mikroskopów sond skanujących dla kolejnego pokolenia
Od czasu wynalezienia skanującego mikroskopu tunelowego w 1981 r., który wielu uważa za narodziny nanonauki, kwitnie rynek skanujących przyrządów sondujących. Za pomocą tych narzędzi można wiele osiągnąć na nano-poziomie. Na przykład, poszczególne wiązania chemiczne można rozdzielać, można mierzyć ich właściwości i wykorzystywać ich symetrię przestrzenną. Jednak według prof. Philipa Moriarty, koordynatora projektu ACRITAS finansowanego przez UE, wszechobecna dostępność komercyjnych przyrządów oznacza, że „mikroskopia sond skanujących (SPM) była w pewnym sensie ofiarą własnego sukcesu". Według profesora, SPM jest często po prostu zrównana z rutynowym obrazowaniem i charakteryzacją, co powoduje, że technika jest traktowana jako „czarna skrzynka”, w której użytkownicy mają tylko powierzchowne zrozumienie zasad działania, zasad teoretycznych, a więc także ich ograniczeń. ACRITAS utworzono w celu rozpakowania tej „czarnej skrzynki", poprzez rozwój interdyscyplinarnych szkoleń i innowacji dla młodych naukowców. Redefinicja najnowocześniejszej mikroskopii sond skanujących Przedstawiając cele badania ACRITAS, prof. Moriarty wyjaśnia, że „technika sond skanujących jest podatna na wiele artefaktów i wyzwania eksperymentalne. Jednak dane te są często brane za pewne z powodu braku zrozumienia tego, co się wydarzyło „»pod maską«. Kluczowym celem sieci ACRITAS było stworzenie nowej generacji badaczy SPM, którzy byliby dobrze zaznajomieni z wadami tej techniki". Aby stworzyć ekscytujące i wymagające środowisko szkoleniowe dla treningu SPM, ACRITAS połączył wcześniej odrębne społeczności operatorów mikroskopów i teoretyków z zakresu sond skanujących. Z jednej strony byli naukowcy, których badania prowadzone są w ekstremalnych warunkach (bardzo wysoka próżnia, temperatury kriogeniczne), z drugiej strony zespoły biologów skupiających się na interakcjach i kontroli w biologicznie istotnych środowiskach. Pomimo stosowania tych samych technik eksperymentalnych, tradycyjnie występowała niewielka komunikacja między obiema grupami. Wyjaśniając wartość tej strategii współpracy, prof. Moriarty wyjaśnia, że „Mówiąc jako mikroskopista sond, w przypadku których badania są uzależnione od bardzo wysokiej próżni (UHV) i niskich temperatur, możemy się wiele nauczyć od naszych współpracowników, którzy pracują w znacznie mniej kontrolowanych i mniej wybaczających środowiskach". Dialog między tymi społecznościami doprowadził do znacznie lepszej oceny przyrządów SPM i wyzwań związanych z analizą danych, które trzeba pokonać. Jak prof. Moriarty podsumowuje: „Połączenie dwóch grup umożliwiło stworzenie unikalnego programu szkoleniowego w dziedzinie, która leży u podłoża ogromnej ilości nauk XXI wieku". Umieszczenie korzyści projektowych pod mikroskopem Jedną z głównych przeszkód dla techniki SPM jest zależność od stanu wierzchołka sondy skanującej, gdzie ostatnie kilka atomów na końcu sondy określa, jak funkcjonuje mikroskop. ACRITAS już wypracował dużą wiedzę na temat dalszej kontroli, definiowania i redefiniowania sondy, ale aby uczynić ten proces bardziej niezawodnym, zespół stworzył podstawę do faktycznego zautomatyzowania procesu. Korzystając z uczenia maszynowego, oczekuje się, że kontroler sondy skanującej może różnicować dobre i złe obrazy bez konieczności obsługi przez człowieka. Dodatkowo najważniejsze kwestie dotyczące mechanizmu składania białka i interakcje sonda-komórka stanowią interesujące tematy dla biomedycyny i farmacji. Patrząc nawet dalej, Prof. Moriarty spekuluje, że „ostatecznie można zadać pytanie, czy możliwa jest technologia podobna do druku 3D z atomami?" Pomimo tych praktycznych korzyści, prof. Moriarty chce samodzielnie promować wartość podstawowych badań naukowych, by poszerzyć granice wiedzy. Jak podsumowuje, „istnieje wiele powodów, aby tworzyć naukę poza korzyściami komercyjnymi i przemysłowymi. Interdyscyplinarny charakter ACRITAS oznaczał, że łącze między życiem a naukami fizycznymi było zamazane, a jest to przestrzeń, w której dzieją się prawdziwe innowacje".
Słowa kluczowe
ACRITAS, nanonauka, mikroskopia sond skanujących, submolekularna, subatomowa, atom, mikroskop,
