Bằng cách kết hợp các thí nghiệm với tính toán và mô phỏng, các nhà nghiên cứu ở Đức đã thu được những hiểu biết mới về lý do tại sao việc đặt các kính hiển vi trong suốt lên một mẫu lại cải thiện độ phân giải của kỹ thuật hiển vi dựa trên giao thoa kế. Bằng cách kiểm tra cách ánh sáng tương tác với các hạt vi cầu, Lucie Hüser và các đồng nghiệp tại Đại học Kassel đã mở ra cánh cửa để hiểu được sự tăng cường bí ẩn.
Kính hiển vi giao thoa kế Linnik được thiết kế để chụp ảnh có độ phân giải cao về địa hình bề mặt của mẫu. Thiết bị này hoạt động bằng cách chia một chùm ánh sáng chiếu sáng thành hai, với một chùm gửi tới mẫu và chùm còn lại tới gương. Các chùm phản xạ được kết hợp lại tại một máy dò, tạo ra hình ảnh của ánh sáng giao thoa. Bằng cách quét chiều cao của mẫu, sẽ thu được biểu diễn chính xác về địa hình 3D của mẫu.
Tuy nhiên, giống như tất cả các kỹ thuật kính hiển vi, phương pháp này phải đối mặt với giới hạn cơ bản về kích thước của các tính năng mà nó có thể giải quyết. Đây là kết quả của giới hạn nhiễu xạ, có nghĩa là kỹ thuật này không thể giải quyết các đặc điểm nhỏ hơn một nửa bước sóng của ánh sáng tạo ảnh.
hiệu ứng bí ẩn
Tuy nhiên, các nhà hiển vi học từ lâu đã biết rằng giới hạn nhiễu xạ có thể được khắc phục bằng cách đặt các quả cầu trong suốt có kích thước micron lên bề mặt của một mẫu. Điều này đã được chứng minh là một kỹ thuật rất hữu ích, nhưng mặc dù hiệu quả của nó, các nhà nghiên cứu vẫn chưa hiểu đầy đủ về vật lý đằng sau sự tăng cường. Các giải thích bao gồm việc tạo ra các tia nano quang tử có độ tập trung cao khi ánh sáng truyền qua giữa các vi cầu và mẫu; sự gia tăng khẩu độ số của kính hiển vi do các kính hiển vi gây ra; hiệu ứng trường gần (thoáng); và sự kích thích của các chế độ ánh sáng thì thầm trong phòng trưng bày trong các kính hiển vi.
Kính hiển vi siêu phân giải tiết lộ bộ máy sao chép coronavirus
Để hiểu rõ hơn về lý do tại sao việc tăng cường kính hiển vi hoạt động đối với kính hiển vi giao thoa, nhóm của Hüser đã kết hợp các phép đo thực nghiệm nghiêm ngặt với các mô phỏng máy tính mới. Chúng bao gồm các phép tính dò tia sử dụng toán học đơn giản để theo dõi những thay đổi trong đường đi của các chùm ánh sáng truyền qua các quả cầu.
Nghiên cứu cho thấy rằng các hiệu ứng thư viện thì thầm và phù du là không đáng kể khi nói đến việc tăng cường độ phân giải. Thay vào đó, họ phát hiện ra rằng các vi cầu làm tăng kích thước hiệu dụng của khẩu độ số của kính hiển vi – giúp cải thiện độ phân giải của thiết bị. Nghiên cứu cũng gợi ý rằng các tia nano quang tử có thể tham gia vào việc cải thiện độ phân giải.
Kết quả này mang lại cơ sở lý thuyết vững chắc cho kính hiển vi giao thoa quang học tăng cường vi cầu tiến một bước gần hơn. Hüser và các đồng nghiệp hy vọng rằng công việc của họ có thể sớm dẫn đến các phương pháp tốt hơn để chụp ảnh nhanh chóng và không xâm lấn bề mặt của các cấu trúc vi mô. Điều này có thể đặc biệt hữu ích để thăm dò các mẫu tinh vi, chẳng hạn như các hệ thống sinh học, không thể nghiên cứu bằng các kỹ thuật có độ phân giải cao như kính hiển vi điện tử và kính hiển vi lực nguyên tử.
Nghiên cứu được mô tả trong Tạp chí Hệ thống vi quang học.
