最佳納米級顯微圖像揭曉：量子森林等入選

據《連線》雜志報道，2007年末，一個英國科學家小組首次制作了一組納米級圖像，展示了含酶入侵細菌與DNA鏈的實時相互作用。這些技術的始祖便是掃描隧道顯微技術，這項1986年的發明讓其發明者榮獲了諾貝爾獎。掃描隧道顯微技術使得電子探針可以通過一個物質上方，從而使科學家們得以看見高電子密度區域，并推斷單個原子和分子的位置。
 
為了紀念掃描隧道顯微技術發展25周年，科學家舉辦了一個名為SPMage07的國際競賽，展示迄今為止獲得的最佳掃描隧道顯微圖像。
 
1、量子森林

量子森林

該圖是由托斯藤·茲歐姆巴在德國實驗室中捕獲的圖像，它展示了鍺硅量子點——僅高15納米，直徑為70納米。
 
2、藍寶石上的陷坑

藍寶石

隨著納米技術的發展，科學家們找到了新的方法，可以在原子水平上進行結構構造。伊利諾大學的斯科特·麥克萊倫與弗米雅·瓦他納比以及大衛·卡希爾共同合作，制作了藍寶石襯底上精密巧妙制作的陷坑圖像。通過使用千萬億分之一秒的激光脈沖撞擊其表面，這塊藍寶石被加熱了，表面留下了一道淺細的陷坑。之后，這塊藍寶石再次被撞擊加熱，就產生了圖中可見的內部梯級結構。
 
3、大腸埃希桿菌

大腸埃希桿菌

這個大腸埃希桿菌展示了長僅30納米的保存完好的鞭毛。為了制作這個圖像，科學家們使用了一個原子力顯微鏡。與掃描隧道顯微技術不同，這個原子力顯微鏡的尖端直接與樣本表面接觸了。通過測量插入微型懸臂中的力，可以計算顯微鏡尖端之間的力。原子力顯微鏡非常靈敏，它們可以探測到兆分之一牛頓大小的力。

4、具有自凈能力的納米絲
 

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”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，這就減少了植物進行光合作用的能力，從而導致植物顯得雜亂且低沉。這個長寬均為2微米的原子力顯微鏡圖像顯示，科學家打算人為模擬荷花破壞灰塵的屬性——通過化學蒸鍍法，將納米絲進行地毯狀組裝。當水滴碰上這種超級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、藍細菌

藍細菌

這個藍細菌的圖像是在一系列的實驗后制作成功的，這些實驗有助于科學家們了解藻類是如何借助其細胞壁結構移動的。物理學家西蒙·康納爾和大衛·亞當斯正將最新的原子力顯微鏡技術應用到生物系統，如細胞分裂，趨化現象和共生現象。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，一個納米牛頓就相當于網球場上兩個網球手之間產生的單個地心引力。這太神奇了！
 
6、碳納米管發出的電荷

電荷
 

科學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，這是無法通過掃描隧道顯微技術實現的。茲德洛杰克說：“靜電力顯微鏡是一種非常簡易的方法，它可以在納米世界中觀察包括納米管在內任何物體的靜電性。我希望我的研究能帶來一種新電子設備的誕生。”圖中明亮的光暈是由納米管帽發射出的電荷所產生的，放電時，納米管則變暗。
 
7、排成環狀的溴原子

溴原子

 掃描隧道顯微技術不僅僅被用來被動觀察單個原子，還可被用來操縱原子，如通過顯微鏡尖端、某種精細刻度和保持穩定的手來將原子拾起或者將其從一側推至另一側。多倫多大學化學家楊森云利用掃描隧道顯微圖像證明“出現了一種分子水平的印刻新方法”，他說：“掃描隧道顯微技術是這個時期首個被用來操縱原子的技術，也是一種最佳工具。”圖中是對12個溴原子的近距離觀察，這12個溴原子通過分子自組裝技術排列成環形。楊先生目前正致力于納米級印刷機的研發。
 
8、花簇

花簇

這個長寬都是13納米的圖像展示了，使用分子束在一個單金晶體上進行二茚并二萘嵌苯和銅鈦菁的分層結果。這些平面有機分子顯示出了半導體屬性。圖中展示了分子是如何在某種狀況下進行自我排列，這對計劃制造未來半導體的科學家而言意義重大。

9、血細胞似面包圈

血細胞
 

這些面包圈狀的血細胞在SPMage07排名中位居第二，科學家們利用它們研究細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的新型抗生素縮氨酸。