​​Радиофизики ТГУ вместе с учеными из немецкого электрон-синхротронного центра DESY завершили разработку и тестирование первого в мире комптоновского микроскопа, позволяющего проводить исследования на субклеточном уровне, то есть изучать живые, функционирующие клетки без их препарирования. Этот прибор нового класса на основе рассеянного излучения не разрушает объект исследования после его облучения рентгеновским пучком, как это происходит в просвечивающей рентгеновской микроскопии. 

Работа над созданием этого микроскопа шла с 2018 года в рамках совместного гранта РНФ и при помощи конкурсной поддержки Объединения научно-исследовательских центров Германии им. Гельмгольца с общим финансированием более 20 миллионов рублей. Прототип устройства был запущен в работу в 2019 году, и до настоящего времени шла его отладка и уточнялись характеристики. 

Основная задача состояла в том, чтобы снизить дозу рентгеновского излучения на исследуемый объект при реконструкции трехмерного изображения биологических образцов с высоким пространственным разрешением. Совместная разработка ТГУ и немецких коллег из DESY в разы увеличивает время экспозиции при изучении клеточных структур, тканей и длинных белковых молекул, которые в просвечивающем рентгеновском микроскопе быстро разрушаются из-за большой поглощенной дозы. В новом устройстве воздействие более слабое, а значит, разрушение будет идти медленнее. 

Поскольку большое количество излучения приводит к повреждению образца, оно значительно ограничивает уровень детализации изображения. Дополнительная сложность в том, что некоторые из радиационных повреждений происходят с задержкой, зависящей от дозы излучения, и это затрудняет интерпретацию результатов. 

– В отличие от просвечивающего рентгеновского микроскопа, в комптоновском формирование изображения происходит не в проходящем, а в рассеянном рентгеновском излучении. Так, лишь небольшая часть энергии рентгеновского излучения поглощается в объекте исследования, что приводит к уменьшению скорости деградации исследуемых объектов во время эксперимента, – пояснил заведующий лабораторий детекторов ионизирующего излучения РФФ ТГУ Антон Тяжев

Увеличение вклада комптоновского излучения достигается путем повышения энергии рентгеновских квантов до 30-60 кэВ. И это ведет к необходимости разработки и изготовления специализированного пиксельного детектора на основе матричных арсенид-галлиевых сенсоров большой площади. Такие сенсоры стали сферой ответственности томских ученых. Радиофизики ТГУ разработали технологию создания «рентгенопрозрачного» металлического контакта – теперь он пропускает не менее 98% рентгеновского излучения в диапазоне от 10 кэВ и выше. Это повышает чувствительность микроскопа за счет регистрации более широкого спектра рассеянного излучения.

detektor.jpg 
 
 

– Мы уменьшили диаметр «окна» контактной металлизации (Under Bump Metallization). До этого минимальный размер UBM составлял 35 микрометров, сейчас – 25 микрометров. В связи с этим уменьшился процент дефектных пикселов на сенсоре, и детекторы стали более качественными, – добавил Антон Тяжев. ​ 

Добавим, что детекторы на основе арсенида галлия — уникальная разработка коллектива томских учёных под руководством профессора ТГУ Олега Толбанова. Эти детекторы не имеют мировых аналогов. Кроме немецкого синхротронного центра DESY, их используют на Большом адронном коллайдере в CERN и в других ведущих научных центрах.

Источники

Ученые РФФ и DESY создали первый в мире комптоновский микроскоп
Томский государственный университет (tsu.ru), 30/12/2020
Томские ученые вместе с центром DESY разработали уникальный микроскоп
Комсомольская правда (tomsk.kp.ru), 30/12/2020

Похожие новости

  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    462
  • 19/11/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: «умные» удобрения, ферритовая керамика и наносеребро

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за октябрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 57, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 7,246.
    768
  • 27/11/2020

    В ТГУ будут создавать роботов для медицинской реабилитации пациентов

    ​ТГУ и Сибирский федеральный научно-клинический центр (СибФНКЦ) ФМБА РФ подписали соглашение о формировании консорциума «Совместная лаборатория медицинской робототехники «CyberMed». Его задачей является проведение фундаментальных и прикладных исследований, нацеленных на разработку роботизированных устройств и программного обеспечения для экстремальной и реабилитационной медицины.
    282
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    274
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    603
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1111
  • 24/11/2020

    Метод радиофизиков повысит выявление рака груди на ранних стадиях

    Ученые радиофизического факультета ТГУ предложили новый подход для обнаружения малоразмерных раковых образований молочной железы при зондировании радиоволнами СВЧ-диапазона. Метод позволит повысить вероятность выявления опухолей на ранней стадии образования без использования ионизирующего рентгеновского излучения.
    325
  • 23/12/2020

    Директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова: «Все силы и средства идут на развитие школы»

    ​​О главных событиях и достижениях 2020 года и планах на будущее рассказала директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Марина Трусова.    Мегагранты Год для коллектива нашей школы был ярким и богатым на события.
    246
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    447
  • 15/09/2020

    Физики впервые создали модель для предсказания свойств любых молекул

    Группа ученых-физиков под руководством доцента ФФ ТГУ Рашида Валиева создала новую модель для расчета фотофизических характеристик молекул, которая применима для молекул любой природы, в том числе редкоземельных лантаноидов.
    622