עד כמה שיכוך רעידות באמת נחוץ למיקרוסקופיה?

ג’יימס פישר, ניופורט קורפוריישן

בהיותנו ספק של ציוד לשיכוך רעידות, אנו בניופורט נשאלים לעתים קרובות, האם שיכוך הרעידות באמת נחוץ לאפליקציות מיקרוסקופיות; ואתם יכולים לצפות שהתשובה תהיה “בטח”. עם זאת, התשובה המדויקת היא מעט יותר מורכבת, מאחר והצורך בשיכוך נמצא בין התנאים הסביבתיים במעבדה ודרישותיו של הניסוי המדעי.

סביבת המעבדה
זיהוי ומדידה של מקורות רעש פוטנציאליים במעבדה שלך – אלו הם הצעדים הראשונים אל ההבנה אילו פתרונות לשיכוך נדרשים כדי להשיג תוצאות רצויות.
מעבדות רבות כוללות רמה נומינלית של רטט רצפתי בגלל תנועת מכוניות, תנודות הבניינים או מכונות גדולות, כגון מעליות, מערכות מיזוג אויר או משאבות. גודל ההפרעות האלה בדרך כלל פרופורציוני לקרבתם, סוג בניה ומיקומם בתוך הבניין. מעבדות, אשר ממוקמות בקומות נמוכות או אפילו במרתפים, יחוו רמות נמוכות יותר של רעידות בהשוואה לקומות הגבוהות יותר באותו בניין. ההבנה של כמות הרעידות הפוטנציאליות לרוב תבוצע ע”י בדיקת הרעידות במקום.
איורים 1 ו-2 מציגים את המידע ממדידת הרעידות עבור שתי מעבדות שונות. מעבדה באיור 1 הייתה ממוקמת בקומה שנייה של מבנה בטון וכפי שזה נראה רמת הרעש הייתה 58-dB על 7.8 ו-62 הרץ, שילוב של תהודת בנייה וציוד רוטט. מעבדה באיור 2 חווה רמות נמוכות בהרבה של רטט בסך הכל (VC-E), אבל עדיין ניתן לראות שיאים ב-4.9, 8, 31.5, 60 ו-250 הרץ. תדרים נמוכים הינם טיפוסיים לתהודת בניה ואילו תדרים גבוהים יותר – לציוד רוטט. בכל אחד מהמיקומים, יש להשוות את המידע מהבדיקה לקריטריון הרעידות הסטנדרטי, כדי להעריך האם רמות הרעידות שנמדדו וגם הרמות הצפויות יאפשרו הדמיה ברזולוציה רצויה.
במשך שנים, עקומת אפיון הרעידות, כמו זו שמודגמת באיור 3, היתה בשימוש כדי לבצע את ההערכה הנ”ל. כל עקומה לאורך הגרף מייצגת רמות רטט מקסימליות במושגים גם של דציבלים וגם של המהירות. כמו כן, כל עקומה מראה את הגודל המינימלי של פריט שאפשר לצלם בכל רמה. לדוגמא, במעבדה באיור 1 הרמה המקסימלית הייתה 58 דציבל ב-7.8 ו-62 הרץ, מה שממקם אותה בסביבה VC-B. ברמה זו, הגודל המינימלי של פריט אשר אפשר לצפות לצלם הינו 3μm ומיקרוסקופים אופטיים יכולים להשיג פי 1000 הגדלה עם רמת איכות מקובלת של תמונה. במידה ובקבוצת מחקר זו ישנה דרישה לצלם פריטים קטנים יותר מ-3μm – בואו נגיד עד 0.3μm – הם בהחלט יצטרכו לרכוש מוצרים שמבודדים רטט, אשר יצמצמו את רמת הרעש בלפחות 12 דציבלים
(VC-B ל-VC-D).
עם זאת, הפרעות רעד יכולות להיות לפעמים אירועים ספורים, אשר לא יתרחשו במהלך ביצוע בדיקת רעידות האתר. צריך לקחת בחשבון אספקה אקראית של ציוד חדש, או מדחס אויר אשר פועל רק כאשר מיכל הלחץ מגיע לרמה מסוימת. בשני המקרים, הרטט שנוצר יכול להפריע לתוצאות של מערכת ההדמיה, אשר לא זוהו בבדיקת הרעידות המוקדמת באתר. חשוב מאד לקחת בחשבון את הרטט הנמדד ולצפות מקורות נוספים אשר יכולים להשפיע על תוצאות ההדמיה בעתיד.

הכנה לניסוי
נתייחס לדרישות של מיקרוסקופית CARS
(coherent Anti Stokes Raman scattering). השימוש הראשוני ב-CARS דווח בשנת 1965 ע”י מייקר וטרחון (Maker and Terhune) בתור שיטת ספקטרוסקופיה לאנליזה כימית. CARS הינה שיטת מיקרוסקופיה אשר דווח כי הייתה בשימוש לראשונה ב-1982 ומאוחר יותר נבחנה מחדש ע”י קבוצת Xie בשנת 1999. בהיותה תהליך לא לינארי, זה מאפשר חלוקת הדמייה בדומה ל-two-photon excited fluorescence microscopy ללא צורך לתייג דוגמיות.
התקנה ניסיונית של מערכת ספקטרומטר CARS במרכז לאפליקציות טכנולוגיות בחברת ניופורט בארה”ב ניתן לראות באיור 4. החלק המאתגר ביותר בהקמת CARS הינו תזמון נכון בין המשאבה ופולסים של Stokes, כי הם חייבים להיות מתואמים גם מבחינת הזמן וגם מבחינת המיקום. זה מצריך לא רק שימוש מדויק ברכיבים אלא גם פלטפורמה יציבה כדי לנהל את ההפרשים בזמן ובמרחב במהלך ההדמיה. שינויים יחסיים של אורך הנתיב האופטי בין המשאבה לפולסי Stokes בעשיריות של מיקרונים או אי התאמה במרחב של שני פולסים, יכולה להוביל לירידה דרסטית של אות Anti Stokes. מערכת הדמיה CARS טיפוסית מספקת רזולוציה עד
500nm, כך שאפילו הכמות הקטנה ביותר של רעידות בפלטפורמה יכולה באופן דרמטי להשפיע על איכות ההדמיה. כדי להשיג רמת ביצוע כזאת, סביבת המעבדה חייבת להיות ברמה VC-D, שזה טוב יותר מאשר מעבדות מחקר טיפוסיות או לכלול גם יחד בידוד פנאומטי ומשטחים אופטיים בולמי זעזועים.
בנוסף להבנה של סביבת המעבדה וצרכי הניסוי, משתמשים צריכים גם לקחת בחשבון את עיצוב המערכת ונושאי ההרכבה אשר יכולים להשפיע על תוצאות הדמיה. דבר אחד נפוץ שקשור לבעיות של רעד מיקרוסקופי קורה כאשר משתמשים במקרה מצרפים את הרעש הרצפתי ישירות לשולחן שלהם באמצעות צינורות קשיחים או מכשירים רוטטים, או כאשר המערכות מותקנות מתחת לפתחי אוורור.
בכל ציוד מעבדה, השיטה היעילה והחסכונית ביותר לשיכוך רעידות היא להעלים את מקור הרעש. כמובן, לבקש צוות תחזוקה להעביר חדר משאבות רועש למקום אחר זה אולי קצת יותר מדי, אבל לוודא שאין מקורות מיותרים של רטט ליד שטח השולחן זה קל יותר לביצוע וחסכוני. זה כולל בידוד של מדחס קשיח או צינורות שיוצאים ממשטח השולחן דרך לולאות שירות או ספוג רך (איור 5).
כמו כן, מינימיזציה של גובה מסלול האלומה או וידוא שהם מספיק יציבים או מבודדים יכולה לסייע לשיפור (איור 6). פתחי אוורור הינם בעיה נפוצה אחרת, מאחר והם יכולים להגדיל גם תנועה מכנית וגם שינויי חום, אשר יכולים להשפיע על איכות ההדמיה (איור 7). במידה ואפשר אין למקם מערכות בדרכן של פתחי אספקה, הפתחים צריכים להיות מוכוונים כך שזרם אוויר לא יהיה מכוון ישירות על המערכת.

פתרונות לשיכוך רעידות
לכל מערכת לשיכוך רעידות יש תמיד שתי מטרות. המטרה הראשונה – לצמצם באופן יעיל את ההשפעה של רעש סביבתי עד לרמה אשר תאפשר מיקום של חלקי המערכת במרחב באופן מקובל ויחסי. דוגמאות אלה כוללות רטט בנייה אשר מועבר דרך הרצפה שיכול להשפיע על יציבותה של קרן לייזר, מיקום האלמנט האופטי ויציבות של נקודת מטרה. באופן זה אפשר להגיע לתוצאה זו באמצעות מוצרים לבידוד הרטט, כגון מבודדים פנאומטיים או אלסטומריים – מבודד מייצב Newport’s S-2000 או מבודדים אלסטומריים NewDamp.
המטרה השנייה הינה להגן על רכיבי המערכת המופעלים ע”י מקורות חיצוניים בתוך מערכת עצמה. זה כולל הפרעות אשר נמצאות מעל או מסביב למכשור, אשר מקורם בשלבי מיקום או מכשירים רוטטים, מאוורים מקררים או פומפות. אלה סוגים אלו של הפרעות נוטים להפיץ את עצמם על פני השולחן ולהפעיל את התנודות הטבעיות של השולחן, לוח העץ או אפילו המיקרוסקופ עצמו. השיטה היעילה ביותר בצמצום ההפרעות הנ”ל הינה ע”י שימוש בפלטפורמות קשיחות, אשר משמשות בתור לוחות מסיביים, בדומה לאלה שנמצאים בשולחנות בסדרה של Newport RS2000.
אם ניזכר במידע על תנודות שמופיע באיור 2, כאשר המעבדה חוותה 58 דציבלים של רעש ב-8 ו-62 הרץ ונשלב אותו עם הצורך לבנות מתקן CARS חדש עם הדמיה חיה של סיבי מיאלין בעובי עד 500nm. בתנאי רעש של 58 דציבלים (VC-B) ודרישה של רמה (VC-D), מעבדה זו תצטרך למצוא לעצמה פתרון לשיכוך רעידות אשר יהיה מסוגל לספק צמצום של 10-dB ברטט מועבר ב-8 ו-62 הרץ. מידע על ביצועים, שמופיע בטבלה 1 מדגים אפשרויות בידוד שונות שקיימות, תלוי בביצוע ועומס. בתדירויות ממוקדות, פתרון אלסטומרי לא יוכל לספק צמצום יעיל והביצוע ממערכת בידוד פעילה לא יהיה שווה את המחיר. עם זאת, מבודדים פנאומטיים, כגון Newport’s S-2000, פלטפורמת OTS או אפילו SL-1200 יכולים לספק ביצוע מספיק לאפליקציה הנ”ל. בשביל אפליקציות מיקרוסקופיות עם שטח בסיס קטן יותר (פחות מ-3X6 רגל), משתמשים יכולים אפילו לבדוק את האפשרות להתקין תחנת עבודה מבודדת רעידות, כגון Vision IsoStation החדשה (איור 8).
במקרים מסוימים, סביבת המעבדה יכולה להיות לא מובנת או אפילו להשתנות עם הזמן, כאשר מסביב נבנים בניינים, כבישים או חדרים חדשים. ישנה אפשרות גם שמעבדה שלמה תעבור לבניין חדש או קומה אחרת. בנוסף לכך, ניסויים יכולים להשתנות עם הזמן ולהפוך, בדרך כלל, למורכבים יותר. בגלל המצבים המשתנים האלה, הגישה הנכונה ביותר הנה להתמקד בצרכים של הזמן הקרוב, אך גם לדאוג שהסביבה תהיה מעודכנת יותר בעתיד ע”מ לשפר את הביצוע.
מערכת Newport’s SmartTable OTS נבנתה במיוחד כדי להיענות לצרכים אלה, מאחר וניתן לרכוש אותה בהתחלה כמערכת קשיחה ובהמשך להתעדכן לפלטפורמה שהיא פנאומטית במלואה, ברמת בידוד משתנה (איור 9). ישנם גם שתי מערכות שולחניות מתעדכנות אשר מגיעות עם המערכת, אשר מבודדות באופן מלא ופעיל. מאחר ורוב פלטפורמות ההדמיה נמצאות בשימוש לאורך שנים, חשוב מאד לבחור ציוד, אשר יענה לצרכים של היום, אבל גם ישרת את הצרכים העתידיים, ברגע שהם יתעוררו. פתרונות לשיכוך רעידות שדורשות אפליקציות של הדמיה ביולוגית, הינם זהים לאלו של אפליקציות הלייזר ושתיהן צריכים להתחיל עם הבנה וכימות של מקורות רעש פוטנציאליים. זה צריך להיות מלווה בצרכי המערכת, על מנת לזהות איזו רמה של הפחתת הרעידות אנחנו רוצים להשיג. לבסוף, בניית המערכת בצורה שתצמצם את מקורות הרעש ותאפשר סביבת עבודה מאורגנת ושקטה תוביל להרבה מחקרים מוצלחים ונקווה, גם לתגליות חדשות.

ממש את החזון שלך
תחנת Vision IsoStation החדשה מ-Newport עוצבה בקפידה כדי לספק ביצועי על בכל הנוגע לשיכוך רעידות, קל לשימוש ובטוח, ע”מ להיענות לצרכים של ביולוגים, מדענים ומהנדסים.
בנוסף למבנה מסגרת אשר עוצב מחדש, משפחת תחנות Vision IsoStation כוללת אביזרים ואפשרויות אשר ישפרו שימוש בחלל המעבדה, ארגונומיות והערך הכללי.
Newport יכולים גם לספק מערכות מותאמות אישית לאביזרים עבור Vision IsoStation על מנת להתאים לצרכים שלך במדויק.

הכתבה נמסרה באדיבות חברת ניו-טכנולוג’י.