実験と計算およびシミュレーションを組み合わせることにより、ドイツの研究者は、サンプルに透明な微小球を配置すると、干渉法ベースの顕微鏡技術の解像度が向上する理由について、新しい洞察を得ました。 光がミクロスフェアとどのように相互作用するかを調べることによって、Lucie Hüser と同僚は、 カッセル大学 不思議な強化を理解するための扉を開きました。
Linnik 干渉計顕微鏡は、サンプルの表面トポグラフィーの高解像度画像を取得するように設計されています。 この装置は、照明光のビームを 3 つに分割することによって機能します。XNUMX つのビームはサンプルに送られ、もう XNUMX つのビームはミラーに送られます。 反射されたビームは検出器で再結合され、干渉光のイメージが作成されます。 サンプルの高さをスキャンすることにより、サンプルの XNUMXD トポグラフィーの正確な表現が得られます。
ただし、すべての顕微鏡技術と同様に、この方法は、解決できる特徴のサイズの根本的な制限に直面しています。 これは回折限界の結果であり、この技術ではイメージング光の波長の半分よりも小さい特徴を解像できないことを意味します。
不思議な効果
ただし、顕微鏡学者は、サンプルの表面にミクロンサイズの透明な球体を配置するだけで、回折限界を克服できることを以前から知っていました。 これは非常に有用な技術であることが証明されていますが、その有効性にもかかわらず、研究者は強化の背後にある物理学を完全には理解していません. 説明には、光がミクロスフェアとサンプルの間を通過する際の高度に集束されたフォトニックナノジェットの作成が含まれます。 ミクロスフェアによって引き起こされる顕微鏡の開口数の増加。 近接場（エバネッセント）効果; そして、ミクロスフェア内のささやきギャラリーモードの光の励起。
超解像顕微鏡法により、コロナウイルス複製機構が明らかに
ミクロスフェアの強化が干渉顕微鏡法で機能する理由をよりよく理解するために、Hüser のチームは、厳密な実験的測定と新しいコンピューター シミュレーションを組み合わせました。 これらには、単純な数学を使用して球体を通過する光線の経路の変化を追跡する光線追跡計算が含まれていました。
この研究は、解像度の向上に関しては、エバネッセントおよびささやきのギャラリー効果が無視できることを示唆しています。 代わりに、マイクロスフェアが顕微鏡の開口数の有効サイズを増加させ、機器の解像度を向上させることを発見しました。 この研究は、フォトニックナノジェットが解像度の向上に関与している可能性も示唆しています。
この結果は、マイクロスフィア強化光学干渉顕微鏡法の確固たる理論的基礎を一歩近づけます。 Hüser と同僚は、彼らの研究が、顕微鏡構造の表面を迅速かつ非侵襲的にイメージングするためのより良い方法にすぐにつながることを願っています。 これは、電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などの高解像度技術では研究できない生物学的システムなどの繊細なサンプルを調べるのに特に役立ちます。
研究はで説明されています 光学マイクロシステムジャーナル.
