*В.А. Быков, А.Н. Корнеев, В.К. Неволин, С.В. Селищев
*Государственный НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина, Зеленоград, г. Москва
Московский институт электронной техники, Зеленоград, г. Москва
Вирусные инфекции, болезнетворные микроорганизмы, генетические болезни, механизмы лекарственных воздействий - проблемы, успешное решение которых требует разработки методов молекулярной диагностики с анализом реакций конкретных клеток, визуализацией белков, вирусов, отдельных молекул.
Современная медицина - это молекулярная диагностика, с одной стороны, и системный подход к конкретному организму с другой.
В настоящее время зондовая микроскопия становится одним из основных методов решения проблем молекулярной диагностики. С помощью атомно-силовых микроскопов задачи прямой визуализации ДНК, отдельных вирусов, белков, структуры и свойств клеточных мембран из категории высшего экспериментального искусства превращаются в рутинные.
Зондовая микроскопия относится к классическим методикам для изучения структурных особенностей строения и функционирования биообъектов на клеточном и макромолекулярном уровнях. С помощью зондовых микроскопов в настоящее время активно изучают “in situ” функционирование отдельных клеток, процессы взаимодействия живых клеток с вирусами, лекарствами, различными химическими препаратами, излучением, воздействиями звуковых волн, лазерного излучения, микроволн и т.д..
Многие клиники США, Франции, Германии, Италии уже используют зондовые микроскопы для диагностики онкологических заболеваний, СПИДа, определения типов вирусов, анализа микросрезов тканей, изучения проблем совместимости тканей, анализа глазных линз и многих других.
С конца 80-х годов, с одной стороны, многократно возрос спрос на нанометрологическое оборудование, в том числе и в микробиологии, а сдругой стороны прогресс в вычислительной технике (дешевые персональные компьютеры и программное обеспечение), пьезокерамике (высокоэффективная “жесткая керамика с малым гизтерезисом и крипом на основе окислов циркония, АЦП, малошумящие усилители, п/п лазеры на гетероструктурах, микромеханика) сделал возможным создание надежных портативных микроскопов атомного разрешения. Это т.н. сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ), в которых вместо электронного зонда (процедура формирования и управления которым и делает электронные микроскопы сложными и дорогими) используется сверхострые твердотельные сменные зонды в виде микрочипов, которые могут быть изготовлены тождественными друг другу с точностью до процента на микроэлектронных фабриках. Сканирование в СЗМ осуществляется пьезодвигателем с управлением от напряжения до 350 вольт.
В качестве твердого зонда в СЗМ может быть использована микробалка с острой иглой на свободном конце и позиционным датчиком перемещения балки (сканирующий силовой микроскоп), сверхострая проводящая игла (регистрация тока в системе игла-подложка – СТМ) или сходящийся световод с выходным диаметром до 10нм (Æ ~l/25, сканирующий близкооптический микроскоп - SNOM). С помощью этих приборов можно проводить измерение следующих метрологических характеристик: