最佳纳米级显微图像揭晓：量子森林等入选

据《连线》杂志报道，2007年末，一个英国科学家小组首次制作了一组纳米级图像，展示了含酶入侵细菌与DNA链的实时相互作用。这些技术的始祖便是扫描隧道显微技术，这项1986年的发明让其发明者荣获了诺贝尔奖。扫描隧道显微技术使得电子探针可以通过一个物质上方，从而使科学家们得以看见高电子密度区域，并推断单个原子和分子的位置。
 
为了纪念扫描隧道显微技术发展25周年，科学家举办了一个名为SPMage07的国际竞赛，展示迄今为止获得的最佳扫描隧道显微图像。
 
1、量子森林

量子森林

该图是由托斯藤·兹欧姆巴在德国实验室中捕获的图像，它展示了锗硅量子点——仅高15纳米，直径为70纳米。
 
2、蓝宝石上的陷坑

蓝宝石

随着纳米技术的发展，科学家们找到了新的方法，可以在原子水平上进行结构构造。伊利诺大学的斯科特·麦克莱伦与弗米雅·瓦他纳比以及大卫·卡希尔共同合作，制作了蓝宝石衬底上精密巧妙制作的陷坑图像。通过使用千万亿分之一秒的激光脉冲撞击其表面，这块蓝宝石被加热了，表面留下了一道浅细的陷坑。之后，这块蓝宝石再次被撞击加热，就产生了图中可见的内部梯级结构。
 
3、大肠埃希杆菌

大肠埃希杆菌

这个大肠埃希杆菌展示了长仅30纳米的保存完好的鞭毛。为了制作这个图像，科学家们使用了一个原子力显微镜。与扫描隧道显微技术不同，这个原子力显微镜的尖端直接与样本表面接触了。通过测量插入微型悬臂中的力，可以计算显微镜尖端之间的力。原子力显微镜非常灵敏，它们可以探测到兆分之一牛顿大小的力。

4、具有自净能力的纳米丝
 

纳米丝

许多植物的叶片，包括荷花叶片，展示出了自我清洁的属性。所谓的“荷花效应”指的是，每一滴落在植物叶片上的雨滴都冲洗掉了其上的灰尘粒子，然而，这就减少了植物进行光合作用的能力，从而导致植物显得杂乱且低沉。这个长宽均为2微米的原子力显微镜图像显示，科学家打算人为模拟荷花破坏灰尘的属性——通过化学蒸镀法，将纳米丝进行地毯状组装。当水滴碰上这种超级不易被水沾湿的纳米丝，水滴迅速滑落，将讨厌的灰尘粒子带走。
 
5、蓝细菌

蓝细菌

这个蓝细菌的图像是在一系列的实验后制作成功的，这些实验有助于科学家们了解藻类是如何借助其细胞壁结构移动的。物理学家西蒙·康纳尔和大卫·亚当斯正将最新的原子力显微镜技术应用到生物系统，如细胞分裂，趋化现象和共生现象。康纳尔表示，原子力显微镜的精密度和灵敏度之高出乎人的意料，一个纳米牛顿就相当于网球场上两个网球手之间产生的单个地心引力。这太神奇了！
 
6、碳纳米管发出的电荷

电荷
 

科学家们使用静电力显微镜获取了这张绦虫状的图像，图中展示了直径为18纳米的碳纳米管发出的电荷。马瑞兹·兹德洛杰克表示，静电力显微镜影响了静电力，从而获取了这些图像，这是无法通过扫描隧道显微技术实现的。兹德洛杰克说：“静电力显微镜是一种非常简易的方法，它可以在纳米世界中观察包括纳米管在内任何物体的静电性。我希望我的研究能带来一种新电子设备的诞生。”图中明亮的光晕是由纳米管帽发射出的电荷所产生的，放电时，纳米管则变暗。
 
7、排成环状的溴原子

溴原子

 扫描隧道显微技术不仅仅被用来被动观察单个原子，还可被用来操纵原子，如通过显微镜尖端、某种精细刻度和保持稳定的手来将原子拾起或者将其从一侧推至另一侧。多伦多大学化学家杨森云利用扫描隧道显微图像证明“出现了一种分子水平的印刻新方法”，他说：“扫描隧道显微技术是这个时期首个被用来操纵原子的技术，也是一种最佳工具。”图中是对12个溴原子的近距离观察，这12个溴原子通过分子自组装技术排列成环形。杨先生目前正致力于纳米级印刷机的研发。
 
8、花簇

花簇

这个长宽都是13纳米的图像展示了，使用分子束在一个单金晶体上进行二茚并二萘嵌苯和铜钛菁的分层结果。这些平面有机分子显示出了半导体属性。图中展示了分子是如何在某种状况下进行自我排列，这对计划制造未来半导体的科学家而言意义重大。

9、血细胞似面包圈

血细胞
 

这些面包圈状的血细胞在SPMage07排名中位居第二，科学家们利用它们研究细胞膜上抗生素缩氨酸的作用。图中展示了人类在接受phyllomelittin治疗后的红血球表面，phyllomelittin是一种从猴树蛙皮肤中分离出来的新型抗生素缩氨酸。