Ühendades katsed arvutuste ja simulatsioonidega, on Saksamaa teadlased saanud uusi teadmisi selle kohta, miks läbipaistvate mikrosfääride asetamine proovile parandab interferomeetrial põhineva mikroskoopia tehnika eraldusvõimet. Uurides, kuidas valgus interakteerub mikrosfääridega, uurisid Lucie Hüser ja kolleegid Kasseli ülikool on avanud ukse salapärase täiustamise mõistmiseks.
Linniku interferomeetriline mikroskoop on mõeldud proovi pinna topograafia kõrge eraldusvõimega kujutiste tegemiseks. Seade töötab valgustava valgusvihu jagamisel kaheks, kusjuures üks kiir saadetakse proovile ja teine peeglile. Peegeldunud kiired kombineeritakse detektoris, luues pildi segavast valgusest. Proovi kõrgust skaneerides saadakse proovi 3D topograafia täpne esitus.
Kuid nagu kõik mikroskoopiatehnikad, on ka sellel meetodil lahendatavate tunnuste suuruse põhimõtteline piirang. See tuleneb difraktsioonipiirist, mis tähendab, et tehnika ei suuda lahendada funktsioone, mis on väiksemad kui pool kujutise valguse lainepikkusest.
Salapärane efekt
Mikroskoobid on aga juba mõnda aega teadnud, et difraktsioonipiiri saab ületada, asetades proovi pinnale lihtsalt mikronisuurused läbipaistvad kerad. See on osutunud väga kasulikuks tehnikaks, kuid vaatamata selle tõhususele ei mõista teadlased täienduse taga olevat füüsikat täielikult. Selgitused hõlmavad kõrge fookusega fotooniliste nanojoadide loomist, kui valgus liigub mikrosfääride ja proovi vahel; mikrosfääride poolt põhjustatud mikroskoobi arvulise ava suurenemine; lähivälja (haihtuvad) efektid; ja sosistava galerii valgusrežiimide ergastamine mikrosfäärides.
Üliresolutsiooniga mikroskoopia paljastab koroonaviirust paljundava mehhanismi
Et paremini mõista, miks mikrosfääri täiustamine interferentsimikroskoopias töötab, ühendas Hüseri meeskond ranged eksperimentaalsed mõõtmised uute arvutisimulatsioonidega. Nende hulka kuulusid kiirte jälgimise arvutused, mis kasutavad lihtsat matemaatikat, et jälgida muutusi läbi sfääride liikuvate valguskiirte teekonnas.
Uuring näitab, et eraldusvõime suurendamisel on kaduvad ja sosistavad galeriiefektid tühised. Selle asemel leidsid nad, et mikrosfäärid suurendavad mikroskoobi numbrilise ava efektiivset suurust, mis parandab instrumendi eraldusvõimet. Uuringud näitavad ka, et fotoonilised nanojoad võivad olla seotud eraldusvõime parandamisega.
See tulemus annab tugeva teoreetilise aluse mikrosfääriga täiustatud optilise interferentsi mikroskoopia jaoks sammu võrra lähemale. Hüser ja tema kolleegid loodavad, et nende töö võib peagi viia paremate meetoditeni mikroskoopiliste struktuuride pindade kiireks ja mitteinvasiivseks pildistamiseks. See võib olla eriti kasulik delikaatsete proovide, näiteks bioloogiliste süsteemide sondeerimiseks, mida ei saa uurida kõrge eraldusvõimega tehnikatega, nagu elektronmikroskoopia ja aatomjõumikroskoopia.
Uuringut on kirjeldatud Optiliste mikrosüsteemide ajakiri.
