Main menu

Pages

جزيئات تم تصويرها بالفيديو بسرعة 1600 فريم في الثانية




Single molecules captured on video at an unprecedented 1,600 frames per second

جزيئات تم تصويرها بالفيديو بسرعة 1600 فريم في الثانية

 

Single molecules captured on video at an unprecedented 1,600 frames per second  جزيئات تم تصويرها بالفيديو بسرعة 1600 فريم في الثانية

تصميم : علي ثاير النعيمي

 

 

 

فيديو ذري عالي السرعة

تاريخ: 4 يونيو 2020

مصدر: جامعة طوكيو

ملخص:

نجح باحثون من قسم الكيمياء في تسجيل فيديو لجزيئات مفردة متحركة بسرعة 1600 فريم في الثانية. يعتبر هذا التسجيل أسرع 100 مرة من التجارب السابقة من هذا النوع. وقد تم تحقيق ذلك من خلال الجمع بين مجهر إلكتروني قوي وكاميرا حساسة للغاية مع معالجة للصور. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في العديد من مجالات أبحاث مقياس النانو.

 

نجح فريق يضم باحثين من قسم الكيمياء في جامعة طوكيو في التقاط فيديو لجزيئات مفردة متحركة بسرعة 1600 فريم في الثانية. هذا أسرع 100 مرة من التجارب السابقة من هذا النوع. وقد حققوا ذلك من خلال الجمع بين مجهر إلكتروني قوي وكاميرا حساسة للغاية ومعالجة للصور المتقدمة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة العديد من مجالات أبحاث مقياس النانو . nanoscale

 



عندما يتعلق الأمر بالفيديو ، يُعرف عدد الصور الملتقطة أو المعروضة في كل ثانية بالفريمات في الثانية أو fps . إذا تم تصوير الفيديو بمعدل فريمات كثيرة لكل ثانية ولكن تم عرضه بمعدل فريمات قليلة لكل الثانية ، فسيكون التأثير تباطؤًا سلسًا للحركة مما يتيح لك إدراك تفاصيل أخرى لايمكن مشاهدتها.

 

كتوضيح ، يتم عرض الأفلام في دور السينما عادة بمعدل 24 فريم في الثانية لأكثر من 100 عام. في العقد الماضي ، ساعدت المجاهر والكاميرات الخاصة للباحثين بتصوير ألتحركات على المستوى الذري بمعدل 16 فريم في الثانية. لكن تقنية جديدة زادت من هذا المعدل بنسبة 1600 صورة في الثانية وهذا مذهل.

 

قال أستاذ المشروع إيشي ناكامورا Eiichi Nakamura ، "في السابق ، نجحنا في تسجيل اشياء على المستوى الذري في الوقت الحالي". "يقدم مجهر إلكتروني الإرسال (TEM) دقة مكانية لا تصدق ، لمشاهدة تفاصيل التفاعلات الفيزيائية والكيميائية الصغيرة جيدًا ، تحتاج إلى دقة زمنية عالية أيضًا. ولهذا السبب اتبعنا تقنية التقاط الصور التي هي أسرع بكثير من التجارب السابقة ، حتى نتمكن من إبطاء التشغيل للفيديو ورؤية التفاعلات بطريقة جديدة تمامًا ".

 

استخدم ناكامورا وفريقه جهاز TEM لأنه يمتلك القدرة على تفكيك الأشياء الأصغر من 1 أنجستروم أو واحد من عشرة مليارات من المتر. قاموا بتوصيل جهاز تصوير يسمى كاميرا الكشف الإلكتروني المباشر (DED) هذه الكاميرا حساسة للغاية وقادرة على التصوير بمعدل فريمات كثيرة جدا. ومع ذلك ، حتى مع هذا المجهر القوي والكاميرا الحساسة ، هناك عقبة واحدة ضخمة يجب التغلب عليها من أجل الحصول على صور قابلة للاستخدام: النقاط التي تبقى في الصورة تسمى . Noise

 

وقال كوجي هارانو ، أستاذ مشارك في المشروع: "لالتقاط فربمات كثيرة في الثانية ، تحتاج إلى مستشعر تصوير ذو حساسية عالية ، وحساسية أكبر تجلب معه درجة عالية من التشوش البصري. هذه حقيقة لا مفر منها في الهندسة الإلكترونية". "للتعويض عن هذا التشويش وتحقيق قدر أكبر من الوضوح ، استخدمنا تقنية معالجة الصور المسماة Chambolle التباين الكلي لتقليل الضوضاء. ربما لا تدرك ذلك ، ولكن ربما تكون قد شاهدت هذه الخوارزمية وهي تعمل على نطاق واسع لأنها تستخدم على نطاق واسع لتحسين جودة صور مقاطع الفيديو على الويب ".

 

اختبر الباحثون إعدادها عن طريق تصوير الأنابيب النانوية الكربونية الاهتزازية التي تحتوي على جزيئات الفوليرين (C60) التي تشبه كرات كرة القدم ذات الأوجه المصنوعة من ذرات الكربون. التقط إعداد التصوير بعض السلوك الميكانيكي الذي لم يسبق له مثيل على مقياس النانو. مثل الحصاة في الماراك maraca المهتز ، تقترن الحركة التذبذبية لجزيء C60 مع تذبذب حاوية الأنابيب النانوية الكربونية. يكون هذا مرئي فقط بمعدل فربمات كثيرة عالية لكل ثانية.

 

قال هارانو: "لقد فوجئنا وشعرنا بسعادة لأن هذه المعالجة المزعجة ومعالجة الصور كشفت الحركة غير المرئية لجزيئات الفوليرين fullerene ". "ومع ذلك ، ما زلنا نواجه مشكلة خطيرة في أن المعالجة تتم بعد التقاط الفيديو. وهذا يعني أن الأحداث المرئية من التجربة تحت المجهر ليست في الوقت الفعلي ، ولكن مع الحاسوب عالي الأداء ، قد يكون هذا ممكنًا. قد يثبت أن هذه أداة مفيدة جدًا لأولئك الذين يستكشفون العالم المجهري. "

 

 

المصادر

 




Comments

contents title