Физики расширяют возможности микроскопов

С тех пор, как в конце 17 века Антоний ван Левенгук открыл мир бактерий с помощью микроскопа, люди пытались заглянуть глубже в мир бесконечно малых.

Однако существуют физические пределы того, насколько точно можно исследовать тело традиционными визуальными методами. Это известно как дифракционный предел и определяется тем фактом, что свет выглядит как волна. Это означает, что сфокусированное изображение не может быть меньше половины длины волны света, используемого для наблюдения объекта.

Попытки преодолеть этот предел с помощью «суперлинз» наталкиваются на препятствия, связанные с серьезной потерей зрения, из-за которой линзы становятся непрозрачными. Теперь физики из Сиднейского университета продемонстрировали новый способ достижения суперлинзирования с минимальными потерями, преодолев дифракционный предел почти в четыре раза. Ключом к их успеху было полное удаление суперлинзы.

Исследование опубликовано в Природные коммуникации.

Исследователи говорят, что эта работа должна позволить ученым еще больше улучшить микроскопию сверхвысокого разрешения. Это может привести к развитию методов визуализации в таких разнообразных областях, как диагностика рака, медицинская визуализация или археология и судебная экспертиза.

Ведущий автор исследования, доктор Алессандро Тоньес из Школы физики и Нано-института Сиднейского университета, сказал: «Теперь мы разработали практический способ реализации суперлинзирования без суперлинзы. Для этого мы размещаем наш оптический зонд дальше от объекта и собирать информацию как с высоким, так и с низким разрешением». «Измеряя на большом расстоянии, зонд не мешает данным высокого разрешения, что является особенностью предыдущих методов».

Предыдущие попытки были направлены на создание превосходных линз с использованием новых материалов. Однако большинство материалов поглощают так много света, что суперлинза может пригодиться.

«Мы преодолели эту проблему, выполнив процесс гиперлинзирования в качестве этапа постобработки на компьютере после самого измерения, — сказал доктор Тоннис. — Это создает «истинное» изображение объекта путем избирательного усиления исчезающих (или исчезающих) объектов. свет.» волны».

Соавтор профессор Борис Кульме, также из Школы физики и Sydney Nano, сказал: «Наш метод может быть применен для более точного определения содержания влаги в листьях или может быть полезен в передовых методах микрообработки, таких как неразрушающий анализ». целостности микросхем. «Этот метод можно использовать для выявления скрытых слоев в произведениях искусства и может быть полезен при обнаружении художественных подделок или скрытых произведений».

Обычно попытки суперлинзирования имели близкий доступ к информации высокого разрешения. Это связано с тем, что эти полезные данные резко затухают с расстоянием и быстро заглушаются данными с более низким разрешением, которые затухают не очень быстро. Однако перемещение зонда слишком близко к объекту искажает изображение.

«Отодвинув наш зонд дальше, мы сможем сохранить целостность информации с высоким разрешением и использовать технологию пост-наблюдения для фильтрации данных с низким разрешением», — сказал доцент Кольме.

Исследование проводилось с использованием терагерцового света миллиметровой длины волны, в области спектра между видимым и микроволновым.

«С этой полосой пропускания очень сложно работать, но она очень интересна, потому что в этом диапазоне мы можем получить важную информацию о биологических образцах, такую ​​​​как структура белка, динамика гидратации или для использования в визуализации рака», — сказал доцент Кольме. . «.

«Эта технология является первым шагом к созданию изображений с высоким разрешением, оставаясь при этом на безопасном расстоянии от объекта, не искажая то, что вы видите, — сказал доктор Тоннис. — Наша технология может использоваться в других частотных диапазонах. Мы ожидаем, что любой, кто работает с высокими Оптическая микроскопия с высоким разрешением найдет эту технологию интересной».