Einfache Objektträgerbeschichtung verbessert die Auflösung in der Mikroskopie

Ein lichtbetriebenes Mikroskop hat eine Auflösung von etwa 200 Nanometern –Dies macht es unmöglich, Proben kleiner oder näher beieinander zu beobachten. Ingenieure in Universität von Kalifornien San Diego Ich habe einen cleveren Weg gefunden, Auflösung verbessern Als ein herkömmliches Mikroskop, aber überraschenderweise enthält es keine Upgrades der Linsen oder Optiken im Inneren.

Gemäß der Theorie des Rayleigh-Kriteriums, die 1896 von John William Strutt, 3. Ergebnis der Beugung, die auftritt, wenn Lichtstrahlen gebeugt werden. Einschränkung bedeutet, dass Ein Beobachter, der durch ein Mikroskop auf zwei Dinge, die Bei einer Entfernung von weniger als 200 nm werden sie als a ein Objekt.

Im Vergleich dazu bestrahlen Elektronenmikroskope eine Probe mit einer höheren Konzentration Stattdessen kann ein Elektronenstrahl statt sichtbarem Licht und eine Auflösung von weniger als einem Nanometer erreicht werden. Es gibt einen Kompromiss, Da jedoch durch ein Elektronenmikroskop beobachtete Proben in eine Vakuumkammer gebracht werden müssen, haben sie den unglücklichen Nachteil, lebende Organismen abzutöten, so dass die Beobachtung von Zellen und anderen lebenden Phänomenen in Aktion nicht möglich ist. miteinander ausgehen, Es gab keine Wahl zwischen, aber es scheint, dass genau das diese Ingenieure erfunden haben.

Technische Präsentation der neuen ultra-auflösenden Mikroskopie-Technologie. Tierische Zellen (in rot) werden auf einen mit einem hyperbolischen mehrschichtigen Überstand beschichteten Objektträger überlagert. Durch das Metamaterial wird ein nanostrukturiertes Licht (blau) erzeugt, das dann tierische Zellen beleuchtet.“
Klärung: Eun Yo Lee – University of California, San Diego

Um ein sogenanntes “Super-Resolution-Mikroskop” zu entwickeln, haben die Ingenieure das Mikroskop überhaupt nicht aufgerüstet. Stattdessen entwickelten sie ein hyperbolisches Metamaterial – Materialien mit einzigartigen Strukturen, die mit Licht umgehen und ursprünglich entwickelt wurden, um die optische Bildgebung zu verbessern – das auf einen Objektträger aufgetragen wird, auf dem die Probe platziert wird. Dieses spezielle hyperbolische Metamaterial besteht aus “nanometerdünnen abwechselnden Schichten aus Silber und Quarzglas”, die die Wirkung haben, die Wellenlängen des hindurchtretenden sichtbaren Lichts zu verkürzen und zu streuen, was zu einer Reihe zufälliger gesprenkelter Muster führt.

Diese gepunkteten Lichtmuster beleuchten schließlich die Probe auf dem Objektträger aus verschiedenen Winkeln, wodurch eine Reihe von Bildern mit niedriger Auflösung aufgenommen werden kann, von denen jedes einen anderen Teil hervorhebt. Diese Bilder werden dann in einen Rekonstruktionsalgorithmus eingespeist, der sie intelligent sammelt und ein hochauflösendes Bild sendet.

Vergleich von Aufnahmen mit einem Lichtmikroskop ohne hyperbolisches Metamaterial (links) und mit hyperbolischem Metamaterial (rechts): Quantenpunkte.

Vergleich von Aufnahmen mit einem Lichtmikroskop ohne hyperbolisches Metamaterial (links) und mit hyperbolischem Metamaterial (rechts): Quantenpunkte.
Bild: Universität von Kalifornien San Diego

Es unterscheidet sich nicht vom Sensor-Shift-Ansatz, der in einigen Digitalkameras verwendet wird, um hochauflösende Bilder zu erzeugen, bei denen der Bildsensor beim Aufnehmen mehrerer Fotos leicht in verschiedene Richtungen bewegt und dann kombiniert wird, um alle zusätzlich erfassten Details zu kombinieren. Diese Technologie – detailliert im Papier kürzlich veröffentlicht In Nature Communications könnte es die Auflösung eines herkömmlichen optischen Mikroskops auf 40 Nanometer erhöhen und gleichzeitig die Beobachtung lebender Organismen ermöglichen. Sie können immer noch nicht mit dem, was Elektronenmikroskope leisten können, mithalten, aber sie sind nicht weniger wichtig, da sie die Fähigkeiten sicherer und kostengünstigerer Geräte verbessern können, die bereits in Labors auf der ganzen Welt eingesetzt werden.

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