ความลับของกล้องจุลทรรศน์เสริมไมโครสเฟียร์เปิดเผยในการศึกษาใหม่

ด้วยการรวมการทดลองเข้ากับการคำนวณและการจำลอง นักวิจัยในเยอรมนีได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ว่าเหตุใดการวางไมโครสเฟียร์แบบโปร่งใสบนตัวอย่างจึงช่วยปรับปรุงความละเอียดของเทคนิคกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้อินเตอร์เฟอโรเมตรี ด้วยการตรวจสอบว่าแสงมีปฏิสัมพันธ์กับไมโครสเฟียร์อย่างไร Lucie Hüser และเพื่อนร่วมงานที่ มหาวิทยาลัยคัสเซิล ได้เปิดประตูสู่การทำความเข้าใจการเพิ่มประสิทธิภาพลึกลับ

กล้องจุลทรรศน์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ของ Linnik ได้รับการออกแบบมาเพื่อถ่ายภาพความละเอียดสูงของพื้นผิวของตัวอย่าง อุปกรณ์นี้ทำงานโดยแบ่งลำแสงส่องสว่างออกเป็นสองส่วน โดยลำแสงหนึ่งส่งไปยังตัวอย่างและอีกลำส่งไปยังกระจก ลำแสงที่สะท้อนกลับมารวมกันอีกครั้งที่เครื่องตรวจจับ ทำให้เกิดภาพของแสงที่รบกวน โดยการสแกนความสูงของตัวอย่าง จะได้การแสดงภูมิประเทศ 3 มิติของตัวอย่างที่ถูกต้อง

อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับเทคนิคทางจุลทรรศน์อื่นๆ วิธีนี้ต้องเผชิญกับข้อจำกัดพื้นฐานในด้านขนาดของคุณลักษณะที่สามารถแก้ไขได้ นี่เป็นผลจากขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ซึ่งหมายความว่าเทคนิคนี้ไม่สามารถแก้ไขคุณลักษณะที่มีขนาดเล็กกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของแสงในการถ่ายภาพได้

ผลลึกลับ

อย่างไรก็ตาม นักจุลทรรศน์ทราบมาระยะหนึ่งแล้วว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนสามารถเอาชนะได้โดยเพียงแค่วางทรงกลมโปร่งใสขนาดไมครอนลงบนพื้นผิวของตัวอย่าง สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเทคนิคที่มีประโยชน์มาก แต่ถึงแม้จะมีประสิทธิภาพ นักวิจัยไม่เข้าใจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการปรับปรุงอย่างเต็มที่ คำอธิบายรวมถึงการสร้างโฟโตนิกนาโนเจ็ตที่มีโฟกัสสูงเมื่อแสงผ่านระหว่างไมโครสเฟียร์และตัวอย่าง การเพิ่มขึ้นของรูรับแสงเชิงตัวเลขของกล้องจุลทรรศน์ที่เกิดจากไมโครสเฟียร์ ผลกระทบระยะใกล้ (หายไป); และความตื่นเต้นของโหมดแกลเลอรีแสงกระซิบภายในไมโครสเฟียร์

เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าเหตุใดการปรับปรุงไมโครสเฟียร์จึงใช้ได้กับกล้องจุลทรรศน์แบบรบกวน ทีมของ Hüser ได้รวมการวัดเชิงทดลองที่เข้มงวดเข้ากับการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบใหม่ สิ่งเหล่านี้รวมถึงการคำนวณการติดตามรังสีที่ใช้คณิตศาสตร์อย่างง่ายเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางของลำแสงที่เดินทางผ่านทรงกลม

การศึกษาชี้ให้เห็นว่าเอฟเฟ็กต์แกลเลอรีที่หายไปและเสียงกระซิบมีความสำคัญเล็กน้อยเมื่อพูดถึงการปรับปรุงความละเอียด แต่พวกเขาพบว่าไมโครสเฟียร์เพิ่มขนาดที่มีประสิทธิภาพของรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งช่วยปรับปรุงความละเอียดของเครื่องมือ การวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าโทนิคนาโนเจ็ตอาจมีส่วนร่วมในการปรับปรุงความละเอียด

ผลลัพธ์นี้นำมาซึ่งพื้นฐานทางทฤษฎีที่แข็งแกร่งสำหรับกล้องจุลทรรศน์การรบกวนด้วยแสงที่เสริมด้วยไมโครสเฟียร์ Hüserและเพื่อนร่วมงานหวังว่างานของพวกเขาอาจนำไปสู่วิธีการที่ดีกว่าสำหรับการถ่ายภาพพื้นผิวของโครงสร้างขนาดเล็กอย่างรวดเร็วและไม่รุกราน สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบตัวอย่างที่ละเอียดอ่อน เช่น ระบบทางชีววิทยา ซึ่งไม่สามารถศึกษาด้วยเทคนิคที่มีความละเอียดสูง เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วารสารออปติคัลไมโครซิสเต็ม.