Микроскоп SZX16 в высокотехнологичной лаборатории

Микроэлектромеханические системы (MEMS) постоянно вокруг нас, но они настолько малы, что мы никогда их не замечаем, - мы только видим, чувствуем или слышим результаты их работы. Например, элементы MEMS используются для управления подушками безопасности в наших автомобилях, регистрируя изменения ускорения. В проекционных системах, тысячи подвижных микрозеркал MEMS направляют луч на экран — мы видим лишь захватывающий фильм.

Микросистемы с возможностями человека: чувствующие, думающие, действующие

Системы MEMS — это смесь электроники и микромеханики, созданные по технологиям, которые обычно используются в области микроэлектроники. Технология MEMS позволяет снизить потребление мощности, а также вес и размер элементов. Она также повышает технические характеристики систем и снижает стоимость их производства. В отличие от объектов микроэлектроники, элементы MEMS не только характеризуются малыми размерами, но и обладают определенной трехмерной структурой с характерным масштабом от единиц до десятков микрометров. Поэтому стереомикроскопы высокого технического уровня имеют все возрастающее значение в лабораторных исследованиях, а также на производстве, где надо быстро проводить измерения для налаживания параметров производства. Например, для исследования структур на масштабах от 1 см до 1 мкм можно использовать микроскоп Olympus SZX16 , обладающий передовой оптической системой и улучшенной способностью формирования 3D изображений. Его качества делают его идеальным инструментом для разработки и изготовления систем MEMS.

Три микропальца

  Olympus_szx10_szx16_lab
Для точной установки и перемещения микроустройств применяются вакуумные манипуляторы, способные работать с плоскими объектами. Для схватывания продолговатых объектов обычно выбирают кулачковый зажим. Однако микрометровый размер объектов делает их перемещение более трудной задачей. На таком масштабе силы адгезии превышают гравитационные силы, что создает трудности при высвобождении захваченного объекта. Общепринятая технология, применяемая для преодоления этой проблемы, основана на электростатическом взаимодействии гребнеобразных кремниевых структур. Новая технология, основанная на использовании сплавов с памятью формы (SMA), - новейшее изобретение в области MEMS, позволяющее серийно изготовлять микрозахваты. Эти микрозахваты способны удерживать волокна толщиной всего несколько десятков микрометров в определенном положении, используя при этом всего три «микропальца».

«Запрограммируйте» форму при 600 °C

 Olympus_szx10_szx16_lab
Изображение слева получено при помощи объектива SDFPLAPO1X , установленного на микроскоп SZX16 . На нем показаны три «пальца» микрозахвата на основе SMA-технологии, удерживающие волокно толщиной 35 мкм. Два крайних «пальца», удерживающие волокно снизу, являются статическими. Они изготовлены из кремния. Средний «палец» изготовлен из тонкопленочного композита, напыленного при помощи магнетрона постоянного тока и сформированного методом фотолитографии. Композит состоит из сплава с памятью формы (SMA) и подложки с переменным коэффициентом теплового расширения. Микрозахват программируется благодаря термической обработке при 600 °C..


Электрическое захватывание

Уникальное свойство сплавов с памятью формы, осажденных на подложку, заключается в высвобождении термически наведенного напряжения пленки в композите благодаря мартенситному превращению. Будучи охлажденным, захват может быть активирован при помощи электрического тока, который нагревает слой SMA-сплава и размыкает захват. Выключение тока снова приводит к охлаждению слоя SMA-сплава, и «палец» закрывает захват. Из-за крайне низкой теплоемкости металлического слоя, тепло быстро рассеивается, поэтому цикл размыкания/замыкания занимает всего несколько секунд. Поэтому сборка структур из микроволокон, активно применяемых в области телекоммуникации, стала более точной и быстрой, что позволило создавать низкозатратные высокоскоростные средства связи.

Изучение биохимических реакций

Вирусные эпидемии, такие как HIV/AIDS , оказывают на жителей Земли все большее влияние. Поэтому быстрое и дешевое распознавание вирусов необходимо в настоящее время сильнее, чем когда бы то ни было. В результате исследователи по всему миру постоянно работают над разработкой новых устройств, которые были бы дешевы в производстве, но эффективны в использовании, и которые обеспечивали бы точные результаты. Один подход основан на использовании конденсаторов со встречно-гребенчатой структурой (IDC), которые могут выявлять антигены, антитела, белки или фрагменты ДНК.

Встречно-гребенчатые конденсаторы

 Olympus_szx10_szx16_lab
Устройства IDC имеют чувствительный электрод, а также электрод сравнения. Чувствительный элемент, изображенный на рисунке, состоит из трех золотых электрода, отстоящих друг от друга всего на 1.1 мкм. Микроскоп Olympus SZX16 с применением темнопольного освещения позволяет ясно различить зазор между электродами. Эти возможности микроскопа SZX16 являются уникальными. Чувствительные электроды способны распознавать небольшие молекулы, присоединяющиеся к ним, благодаря изменениям диэлектрических свойств, и, таким образом, выявлять взаимодействия, например, между белками на поверхности клеточной мембраны с определенными молекулами. Электроды сравнения гораздо крупнее (разделены расстоянием 10 мкм). Благодаря уменьшенному по сравнению с чувствительными электродами отношению поверхности к объему, электроды сравнения приспособлены для контроля более значительных изменений в окружающей среде, например, изменений объемной концентрации ионов. Поэтому фоновые эффекты изменения окружающей среды могут быть учтены в процессе измерений, что делает результаты намного более надежными. Наиболее трудной задачей, связанной с использованием таких миниатюрных электродов, является управление параметрами их изготовления, чтобы минимизировать отклонения размеров и улучшить их воспроизводимость.