Prin combinarea experimentelor cu calcule și simulări, cercetătorii din Germania au obținut noi perspective asupra motivului pentru care plasarea microsferelor transparente pe o probă îmbunătățește rezoluția unei tehnici de microscopie bazată pe interferometrie. Examinând modul în care lumina interacționează cu microsferele, Lucie Hüser și colegii de la Universitatea din Kassel au deschis ușa spre înțelegerea îmbunătățirii misterioase.
Un microscop interferometru Linnik este proiectat pentru a lua imagini de înaltă rezoluție ale topografiei suprafeței unei probe. Dispozitivul funcționează prin împărțirea unui fascicul de lumină iluminatoare în două, un fascicul fiind trimis către eșantion și celălalt către o oglindă. Fasciculele reflectate sunt recombinate la un detector, creând o imagine a luminii interferente. Prin scanarea înălțimii probei, se obține o reprezentare precisă a topografiei 3D a probei.
Cu toate acestea, ca toate tehnicile de microscopie, această metodă se confruntă cu o limită fundamentală în dimensiunea caracteristicilor pe care le poate rezolva. Acesta este un rezultat al limitei de difracție, ceea ce înseamnă că tehnica nu poate rezolva caracteristicile care sunt mai mici de jumătate din lungimea de undă a luminii imagistice.
Efect misterios
Cu toate acestea, microscopiștii știu de ceva timp că limita de difracție poate fi depășită prin simpla plasare a unor sfere transparente de dimensiuni micronice pe suprafața unei probe. Aceasta s-a dovedit a fi o tehnică foarte utilă, dar în ciuda eficacității sale, cercetătorii nu înțeleg pe deplin fizica din spatele îmbunătățirii. Explicațiile includ crearea de nanojeturi fotonice foarte focalizate pe măsură ce lumina trece între microsfere și probă; o creștere a deschiderii numerice a microscopului cauzată de microsfere; efecte de câmp apropiat (evanescent); și excitarea modurilor de lumină în șoaptă-galerie în interiorul microsferelor.
Microscopia de super-rezoluție dezvăluie mașini de replicare a coronavirusului
Pentru a înțelege mai bine de ce îmbunătățirea microsferei funcționează pentru microscopia de interferență, echipa lui Hüser a combinat măsurători experimentale riguroase cu noi simulări pe computer. Acestea au inclus calcule de trasare a razelor care folosesc matematică simplă pentru a urmări schimbările în traseele fasciculelor de lumină care călătoresc prin sfere.
Studiul sugerează că acele efecte de galerie evanescente și șoapte sunt neglijabile atunci când vine vorba de îmbunătățirea rezoluției. În schimb, au descoperit că microsferele măresc dimensiunea efectivă a deschiderii numerice a microscopului - ceea ce îmbunătățește rezoluția instrumentului. De asemenea, cercetarea sugerează că nanojetele fotonice pot fi implicate în îmbunătățirea rezoluției.
Acest rezultat aduce cu un pas mai aproape o bază teoretică solidă pentru microscopia de interferență optică îmbunătățită cu microsfere. Hüser și colegii lor speră că munca lor poate duce în curând la metode mai bune pentru imagistica rapidă și non-invazivă a suprafețelor structurilor microscopice. Acest lucru ar putea fi util în special pentru sondarea probelor delicate, cum ar fi sistemele biologice, care nu pot fi studiate cu tehnici de înaltă rezoluție, cum ar fi microscopia electronică și microscopia cu forță atomică.
Cercetarea este descrisă în Jurnalul de microsisteme optice.
