Yhdistämällä kokeita laskelmiin ja simulaatioihin saksalaiset tutkijat ovat saaneet uusia näkemyksiä siitä, miksi läpinäkyvien mikropallojen sijoittaminen näytteen päälle parantaa interferometriaan perustuvan mikroskopiatekniikan resoluutiota. Lucie Hüser ja kollegat tutkivat, miten valo on vuorovaikutuksessa mikropallojen kanssa Kasselin yliopisto ovat avanneet oven mystisen parannuksen ymmärtämiseen.
Linnik-interferometrimikroskooppi on suunniteltu ottamaan korkearesoluutioisia kuvia näytteen pinnan topografiasta. Laite toimii jakamalla valaisevan valonsäteen kahtia, jolloin yksi säde lähetetään näytteeseen ja toinen peiliin. Heijastuneet säteet yhdistetään uudelleen detektorissa, jolloin saadaan kuva häiritsevästä valosta. Skannaamalla näytteen korkeutta saadaan tarkka esitys näytteen 3D-topografiasta.
Kuitenkin, kuten kaikki mikroskopiatekniikat, tämä menetelmä kohtaa perustavanlaatuisen rajan niiden piirteiden koosta, jotka se pystyy ratkaisemaan. Tämä johtuu diffraktiorajasta, mikä tarkoittaa, että tekniikka ei pysty ratkaisemaan piirteitä, jotka ovat pienempiä kuin puolet kuvausvalon aallonpituudesta.
Salaperäinen vaikutus
Mikroskooppitutkijat ovat kuitenkin tienneet jo jonkin aikaa, että diffraktioraja voidaan ylittää yksinkertaisesti asettamalla mikronin kokoisia läpinäkyviä palloja näytteen pinnalle. Tämä on osoittautunut erittäin hyödylliseksi tekniikaksi, mutta tehokkuudestaan huolimatta tutkijat eivät täysin ymmärrä parannuksen taustalla olevaa fysiikkaa. Selitykset sisältävät erittäin fokusoitujen fotonisten nanosuihkujen luomisen, kun valo kulkee mikropallojen ja näytteen välillä; mikropallojen aiheuttama mikroskoopin numeerisen aukon kasvu; lähikentän (häivyttävät) vaikutukset; ja valon kuiskaavan gallerian viritys mikropalloissa.
Superresoluutioinen mikroskopia paljastaa koronavirusta replikoivan koneiston
Saadakseen paremman käsityksen siitä, miksi mikropallon tehostaminen toimii häiriömikroskoopiassa, Hüserin tiimi yhdisti tiukat kokeelliset mittaukset uusiin tietokonesimulaatioihin. Näihin sisältyi säteenseurantalaskelmia, jotka käyttävät yksinkertaista matematiikkaa pallojen läpi kulkevien valonsäteiden polkujen muutosten seuraamiseen.
Tutkimus viittaa siihen, että katoava ja kuiskaava galleriaefekti on mitätön, kun on kyse resoluution parantamisesta. Sen sijaan he havaitsivat, että mikropallot lisäävät mikroskoopin numeerisen aukon tehollista kokoa, mikä parantaa instrumentin resoluutiota. Tutkimus viittaa myös siihen, että fotoniset nanosuihkut voivat olla mukana resoluution parantamisessa.
Tämä tulos tuo vankan teoreettisen perustan mikropalloilla tehostetulle optiselle interferenssimikroskopialle askeleen lähemmäksi. Hüser ja kollegat toivovat, että heidän työnsä voi pian johtaa parempiin menetelmiin mikroskooppisten rakenteiden pintojen nopeaan ja ei-invasiiviseen kuvantamiseen. Tämä voisi olla erityisen hyödyllistä tutkittaessa herkkiä näytteitä, kuten biologisia järjestelmiä, joita ei voida tutkia korkearesoluutioisilla tekniikoilla, kuten elektronimikroskopialla ja atomivoimamikroskopialla.
Tutkimus on kuvattu Journal of Optical Microsystems.
