Výskumníci z UPJŠ sa podieľajú na príprave technológie na prvé 3D filmy mikrosveta

Tím európskych výskumných pracovísk vrátane výskumníkov z Univerzity Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach po prvýkrát demonštroval ultrarýchlu mikroskopiu v röntgenovej oblasti s využitím unikátneho pulzného röntgenového lasera European XFEL postaveného v Schenefelde pri Hamburgu.

Úspešná nová metóda umožňuje vedcom vidieť procesy s rýchlosťami až niekoľko kilometrov za sekundu na priestorovej škále podstatne menšej, ako je hrúbka ľudského vlasu.

Uplatnenie vo výskume

Medzinárodné vedecké centrum European XFEL v Hamburgu je unikátny zdroj tvrdého röntgenového laseru na svete, s extrémnou jasnosťou, s veľmi krátkymi pulzami a rekordnou opakovacou frekvenciou, potrebnou na takýto typ zobrazovania. Aplikáciou tejto metodiky bude možné po prvýkrát dosiahnuť 3D filmy mikroskopických fenoménov. X-ray mikroskopia v Europan XFEL, či už 2D ale najmä v 3D, nájde zaujímavé uplatnenie v skúmaní industriálnych procesov 4. priemyselnej revolúcie.

„Náš výsledok ukazuje, že kombináciou simultánnej projekcie a ultrarýchleho zobrazovania, čo je špecifická výhoda European XFEL, je možné dosiahnuť 3D filmy mikroskopických procesov s megaherzovým časovým rozlíšením. Pre opticky nepriesvitné vzorky bolo až doteraz jediným nástrojom použitie počítačových simulácií. Dnes už máme, po prvýkrát, nástroj na priame zobrazovanie unikátnej dynamiky,“ vysvetlil Patrik Vagovič, principiálny autor a slovenský vedec pôsobiaci v CFEL, European XFEL a vo Fyzikálnom ústave ČAV.

Bioprinting

European XFEL je medzinárodný projekt s veľkými prísľubmi pre aplikácie a priemysel. Napríklad zobrazenie dynamiky injekcie kvapalín podobných ako v palivových tryskách spaľovacích motorov, vysokorýchlostných aditívnych technológií alebo nových systémov injektovania liečiv, môže byť pozorované v spomalených záberoch.

S plánovaným zdokonalením v budúcnosti bude možné sledovať aj poškodenie hmoty spôsobené dopadom fragmentov na tvrdé povrchy napr. kovov. Výsledky takýchto experimentov sú dôležité pre vývoj kozmických technológií – materiálov pre vesmírne telesá odolné voči vysokorýchlostným zrážkam s orbitálnym znečistením.

„Tento pokrok nám umožní, okrem množstva rýdzo technologických aplikácií, pozrieť sa aj na procesy bioprintingu v kompozitnom prostredí, kde iné zobrazenia nefungujú,“ dodal Jozef Uličný z Ústavu fyzikálnych vied Prírodovedeckej fakulty UPJŠ v Košiciach.

Medzinárodný úspech

Výskum bol publikovaný v časopise Optica pod vedením vedcov z Centra pre vedu založenú na free-elektrón laseroch (CFEL) v Hamburgu a European XFEL. Na spolupráci sa podieľali z nemeckej strany DESY Hamburg, Univerzita v Hamburgu a Max-Planck Inštitút pre štruktúru a dynamiku hmoty, Karlsruhe Institute of Technology z Karlsruhe, medzinárodní partneri z Univerzity Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Univerzity Lund vo Švédsku, Diamond Light Source a University College Londýn z Veľkej Británie a ESRF v Grenobli z Francúzska.

Tento úspech, na ktorom sa podieľa 5 vedcov zo Slovenska, je umožnený systematickou prácou zástupcov UPJŠ v Košiciach na projekte výstavby European XFEL v Hamburgu. Ústav fyzikálnych vied UPJŠ sa dlhé roky podieľa na výstavbe a činnosti European XFEL.