Συνδυάζοντας πειράματα με υπολογισμούς και προσομοιώσεις, ερευνητές στη Γερμανία απέκτησαν νέες γνώσεις για το γιατί η τοποθέτηση διαφανών μικροσφαιρών σε ένα δείγμα βελτιώνει την ανάλυση μιας τεχνικής μικροσκοπίας που βασίζεται στη συμβολομετρία. Εξετάζοντας πώς το φως αλληλεπιδρά με τις μικροσφαίρες, η Lucie Hüser και οι συνεργάτες της στο Πανεπιστήμιο του Κάσελ έχουν ανοίξει την πόρτα για την κατανόηση της μυστηριώδους βελτίωσης.
Ένα μικροσκόπιο συμβολόμετρου Linnik έχει σχεδιαστεί για τη λήψη εικόνων υψηλής ανάλυσης της τοπογραφίας της επιφάνειας ενός δείγματος. Η συσκευή λειτουργεί χωρίζοντας μια δέσμη φωτός στα δύο, με τη μία δέσμη να στέλνεται στο δείγμα και την άλλη σε έναν καθρέφτη. Οι ανακλώμενες δέσμες ανασυνδυάζονται σε έναν ανιχνευτή, δημιουργώντας μια εικόνα του παρεμβαλλόμενου φωτός. Με σάρωση του ύψους του δείγματος, προκύπτει ακριβής αναπαράσταση της τρισδιάστατης τοπογραφίας του δείγματος.
Ωστόσο, όπως όλες οι τεχνικές μικροσκοπίας, αυτή η μέθοδος αντιμετωπίζει ένα θεμελιώδες όριο στο μέγεθος των χαρακτηριστικών που μπορεί να επιλύσει. Αυτό είναι αποτέλεσμα του ορίου περίθλασης, που σημαίνει ότι η τεχνική δεν μπορεί να επιλύσει χαρακτηριστικά που είναι μικρότερα από το μισό μήκος κύματος του φωτός απεικόνισης.
Μυστηριώδες αποτέλεσμα
Ωστόσο, οι μικροσκόπιοι γνωρίζουν εδώ και αρκετό καιρό ότι το όριο περίθλασης μπορεί να ξεπεραστεί τοποθετώντας απλώς διαφανείς σφαίρες μεγέθους μικρού στην επιφάνεια ενός δείγματος. Αυτή έχει αποδειχθεί μια πολύ χρήσιμη τεχνική, αλλά παρά την αποτελεσματικότητά της, οι ερευνητές δεν κατανοούν πλήρως τη φυσική πίσω από την ενίσχυση. Οι εξηγήσεις περιλαμβάνουν τη δημιουργία φωτονικών νανοεκτοξευτών υψηλής εστίασης καθώς το φως περνά μεταξύ των μικροσφαιρών και του δείγματος. μια αύξηση στο αριθμητικό άνοιγμα του μικροσκοπίου που προκαλείται από τις μικροσφαίρες. εφέ κοντινού πεδίου (παροδική)· και η διέγερση των ψιθυριστικών τρόπων φωτός μέσα στις μικροσφαίρες.
Το μικροσκόπιο σούπερ ανάλυσης αποκαλύπτει μηχανισμό αναπαραγωγής του κορωνοϊού
Για να κατανοήσει καλύτερα γιατί η βελτίωση μικροσφαιρών λειτουργεί για τη μικροσκοπία παρεμβολής, η ομάδα του Hüser συνδύασε αυστηρές πειραματικές μετρήσεις με νέες προσομοιώσεις υπολογιστή. Αυτοί περιελάμβαναν υπολογισμούς ανίχνευσης ακτίνων που χρησιμοποιούν απλά μαθηματικά για να παρακολουθούν τις αλλαγές στις διαδρομές των ακτίνων φωτός που ταξιδεύουν μέσα από τις σφαίρες.
Η μελέτη υποδηλώνει ότι αυτά τα παροδικά και ψιθυριστά εφέ γκαλερί είναι αμελητέα όταν πρόκειται για βελτίωση της ανάλυσης. Αντίθετα, διαπίστωσαν ότι οι μικροσφαίρες αυξάνουν το πραγματικό μέγεθος του αριθμητικού ανοίγματος του μικροσκοπίου – κάτι που βελτιώνει την ανάλυση του οργάνου. Η έρευνα υποδηλώνει επίσης ότι οι φωτονικοί νανοπίδακες μπορεί να εμπλέκονται στη βελτίωση της ανάλυσης.
Αυτό το αποτέλεσμα φέρνει μια ισχυρή θεωρητική βάση για μικροσκοπία οπτικής παρεμβολής ενισχυμένης με μικροσφαίρες ένα βήμα πιο κοντά. Ο Hüser και οι συνεργάτες τους ελπίζουν ότι η δουλειά τους μπορεί σύντομα να οδηγήσει σε καλύτερες μεθόδους για την ταχεία και μη επεμβατική απεικόνιση των επιφανειών των μικροσκοπικών δομών. Αυτό θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την ανίχνευση ευαίσθητων δειγμάτων, όπως τα βιολογικά συστήματα, που δεν μπορούν να μελετηθούν με τεχνικές υψηλής ανάλυσης όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία και η μικροσκοπία ατομικής δύναμης.
Η έρευνα περιγράφεται στο Περιοδικό Οπτικών Μικροσυστημάτων.
