من خلال الجمع بين التجارب والحسابات والمحاكاة ، اكتسب الباحثون في ألمانيا رؤى جديدة حول لماذا يؤدي وضع كريات مجهرية شفافة على عينة إلى تحسين دقة تقنية الفحص المجهري القائمة على قياس التداخل. من خلال فحص كيفية تفاعل الضوء مع الكرات المجهرية ، وجدت Lucie Hüser وزملاؤها في جامعة كاسل فتحت الباب لفهم التحسين الغامض.
تم تصميم مجهر مقياس التداخل Linnik لالتقاط صور عالية الدقة لطبوغرافيا سطح العينة. يعمل الجهاز عن طريق تقسيم شعاع من الضوء المنير إلى شعاعين ، يرسل أحدهما إلى العينة والآخر إلى المرآة. يتم إعادة تجميع الحزم المنعكسة في كاشف ، مما يخلق صورة للضوء المتداخل. من خلال مسح ارتفاع العينة ، يتم الحصول على تمثيل دقيق للتضاريس ثلاثية الأبعاد للعينة.
ومع ذلك ، مثل جميع تقنيات الفحص المجهري ، تواجه هذه الطريقة حدًا أساسيًا في حجم الميزات التي يمكنها حلها. هذا نتيجة لحد الانعراج ، مما يعني أن التقنية لا يمكنها حل الميزات التي يقل طولها عن نصف الطول الموجي لضوء التصوير.
تأثير غامض
ومع ذلك ، فقد عرف علماء الميكروسكوب لبعض الوقت أنه يمكن التغلب على حد الانعراج ببساطة عن طريق وضع كرات شفافة بحجم الميكرون على سطح العينة. لقد ثبت أن هذه تقنية مفيدة للغاية ، ولكن على الرغم من فعاليتها ، فإن الباحثين لا يفهمون تمامًا الفيزياء الكامنة وراء التحسين. تتضمن التفسيرات إنشاء نانو جيتات ضوئية عالية التركيز أثناء مرور الضوء بين الكرات المجهرية والعينة ؛ زيادة في الفتحة العددية للميكروسكوب التي تسببها الكرات المجهرية ؛ تأثيرات المجال القريب (الزائل) ؛ وإثارة أوضاع معرض الهمس للضوء داخل الكرات المجهرية.
يكشف الفحص المجهري فائق الدقة عن آليات استنساخ لفيروس كورونا
لاكتساب فهم أفضل لسبب عمل تحسين المجال الميكروي لمجهر التداخل ، قام فريق Hüser بدمج القياسات التجريبية الصارمة مع عمليات المحاكاة الحاسوبية الجديدة. تضمنت هذه العمليات حسابات تتبع الأشعة التي تستخدم رياضيات بسيطة لتتبع التغيرات في مسارات أشعة الضوء التي تنتقل عبر الكرات.
تشير الدراسة إلى أن تأثيرات المعرض الزائلة والهمسة لا تكاد تذكر عندما يتعلق الأمر بتحسين الدقة. بدلاً من ذلك ، وجدوا أن الكرات المجهرية تزيد من الحجم الفعال للفتحة العددية للميكروسكوب - مما يحسن دقة الجهاز. يقترح البحث أيضًا أن الطائرات النانوية الضوئية قد تشارك في تحسين الدقة.
تقدم هذه النتيجة أساسًا نظريًا قويًا للفحص المجهري للتداخل البصري المعزز بالكريات الدقيقة خطوة أقرب. يأمل هوسر وزملاؤه أن يؤدي عملهم قريبًا إلى طرق أفضل للتصوير السريع وغير الجراحي لأسطح الهياكل المجهرية. قد يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في فحص العينات الدقيقة ، مثل الأنظمة البيولوجية ، التي لا يمكن دراستها بتقنيات عالية الدقة مثل الفحص المجهري الإلكتروني ومجهر القوة الذرية.
تم وصف البحث في مجلة النظم الدقيقة الضوئية.
