Заведующий учебно-научной лабораторией теоретической и прикладной нанотехнологии Просвета Александр Дмитриевич Курилов исследует невидимые миры и открывает закономерности, которые скрыты от обычного глаза.
Микроскоп — основной рабочий инструмент учёного, позволяющий наблюдать, фиксировать и изучать макро- и наноструктуры, которые очень важны для научных открытий.
В этом году молодой физик стал лауреатом IX Всероссийского фотоконкурса «Снимай науку!». Его работа «Тайны лепестка розы» заняла 1 место в номинации «Микроизображения».
Снимок шириной 50 микрон сделана методом атомно-силовой микроскопии на площадке Педагогического технопарка «Кванториум» им. И.В. Курчатова. Он раскрывает уникальную топографию поверхности лепестка розы. Исследование объясняет природный феномен, при котором капли воды удерживаются на поверхности, сохраняя сферическую форму. Механизм открывает перспективы для создания «умных» покрытий и самоочищающихся материалов.
Почему изучение микромира — это не только наука, но и настоящее искусство, исследователь рассказал в интервью.
– Что именно в микроскопах и микромире вас увлекло и побудило заниматься этим направлением науки?
– Во многом мой путь начался с любви к фотографии. Я увлекался астрофотографией – съёмкой далеких галактик и туманностей. Я применял многие приемы из астрофотографии, например, методы сложения кадров для устранения шумов и случайных объектов или математической обработки для увеличение резкости (такие, как деконволюция)! И в астро-, и в микрофотографии нет постановочных кадров. Ты не можешь передвинуть звезду или клетку. Твоя задача как фотографа – найти идеальную, созданную природой композицию в том, что уже есть.
– Считаете ли вы, что умение видеть «невидимое» через микроскоп формирует особый тип мышления у учёного?
– Я бы назвал это «масштабным мышлением». Вот ты видишь какую-то крошечную структуру на изображении атомно-силового микроскопа или свечение молекулы в флуоресцентном микроскопе, и в этот же момент ты думаешь: «Почему эта конкретная молекула ведёт себя так, а не иначе, и к чему это приведёт в целой клетке?». Это умение связывать невидимое глазу с тем, что мы видим и ощущаем в реальном мире. Понимать, что макросвойства материала, цвет крыла бабочки или даже течение болезни – всё это рождается там, внизу, в этом невидимом мире.
– Почему в качестве объекта съёмки был выбран именно лепесток розы?
– Вся эта история родилась на практике! Я проводил занятие со студентами в нашем технопарке «Кванториум» и хотел наглядно и эффектно показать им, на что способен атомно-силовой микроскоп. Нужен был объект, красивый и понятный, но с интересной научной изюминкой.
Я вспомнил про «эффект лепестка розы» – удивительное явление, когда капля воды на лепестке не растекается, а остаётся почти идеальной сферой. Секрет этого скрыт в его наноструктуре. Мы взяли засушенный лепесток, поместили его под микроскоп, и, когда на экране возник этот изумительный ландшафт, студенты были в полном восторге!
В этот момент я понял, что это не просто учебный снимок. Коллегам он тоже очень понравился и я решил, что его обязательно нужно отправить на фотоконкурс.
– Можно ли считать микрофотографию отдельным видом искусства или это, скорее, инструмент научной коммуникации?
– Я считаю, что это идеальный союз обоих начал. По отдельности они теряют часть своей магии. Как инструмент коммуникации – это способ показать тот или иной результат своим коллегам и другим людям. Вместо сложных графиков и формул мы можем просто сказать: «Смотрите, как устроен вирус!» или «Вот почему этот наноматериал такой прочный!». Это делает науку зрелищной и понятной.
Фрактальные узоры, инопланетные ландшафты поверхностей, игра света и цвета в кристаллах в поляризованном свете... Это не придумано человеком, это создала природа, а это и есть настоящее искусство. Так что для меня лучшая научная фотография – это та, которая и объясняет, и восхищает одновременно.
– Какие навыки, помимо технических, развивает работа с микроскопом у студентов и исследователей?
– Микроскоп отлично прокачивает гибкие навыки. Микромир не раскрывает свои тайны с первого взгляда. Это как искать иголку в стоге сена, и эта «игла» может быть размером с нанометр*. Учишься быть усидчивым и замечать мельчайшие детали, которые и являются ключом к открытию.
Важными являются объёмное мышление и интерпретация того, что видишь. На больших увеличениях в оптической микроскопии мы видим лишь тонкий «срез», у которого маленькая глубина резкости. Наш мозг должен из этих двухмерных кадров собрать объёмную 3D-модель объекта. А когда мы работаем с более сложными методами, вроде атомно-силовой или электронной микроскопии, мы вообще имеем дело с данными, которые нужно «переводить» с языка сигналов в изображение. Это постоянная тренировка для воображения и аналитики.
Подбор условий съёмки, работа со светом (в оптике) или настройка параметров (в более сложных микроскопах) – это тоже творчество. Нужно представить, как «вытащить» из образца нужную информацию, и иногда это сродни работе художника.
*в 100 000 раз меньше человеческого волоса
Каждое открытие микромира становится шагом к более глубокому пониманию природы и её законов. Исследования в этой области помогают науке развиваться, создавая основу для новых технологий, методов диагностики и открытий, которые меняют представление человека о мире вокруг него.