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Physiker bringen Mikroskope über ihre Grenzen hinaus

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Wissenschaftler nutzten die neue Superlinsentechnologie, um ein Objekt mit einer Breite von nur 0,15 mm mithilfe der virtuellen Nachbeobachtungstechnologie zu betrachten. Das „THZ“-Objekt (das die „Terahertz“-Frequenz des verwendeten Lichts darstellt) wird bei der ersten optischen Messung angezeigt (oben rechts); Nach Normalobjektiv (unten links); Nach dem Superobjektiv (unten rechts). Bildnachweis: University of Sydney

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Wissenschaftler nutzten die neue Superlinsentechnologie, um ein Objekt mit einer Breite von nur 0,15 mm mithilfe der virtuellen Nachbeobachtungstechnologie zu betrachten. Das „THZ“-Objekt (das die „Terahertz“-Frequenz des verwendeten Lichts darstellt) wird bei der ersten optischen Messung angezeigt (oben rechts); Nach Normalobjektiv (unten links); Nach dem Superobjektiv (unten rechts). Bildnachweis: University of Sydney

Seit Antony van Leeuwenhoek im späten 17. Jahrhundert die Welt der Bakterien durch das Mikroskop entdeckte, versucht der Mensch, tiefer in die Welt des Unendlichen zu blicken.

Allerdings gibt es physikalische Grenzen dafür, wie genau der Körper mit herkömmlichen visuellen Methoden untersucht werden kann. Dies wird als Beugungsgrenze bezeichnet und wird dadurch bestimmt, dass Licht als Welle erscheint. Das bedeutet, dass das fokussierte Bild nicht kleiner als die halbe Wellenlänge des Lichts sein darf, das zur Beobachtung eines Objekts verwendet wird.

Versuche, diese Grenze mit „Superlinsen“ zu überschreiten, stießen alle auf die Hürde eines schweren Sehverlusts, der die Linsen undurchsichtig machte. Jetzt haben Physiker der Universität Sydney einen neuen Weg aufgezeigt, Superlinsen mit minimalen Verlusten zu erreichen und dabei die Beugungsgrenze um fast das Vierfache zu überschreiten. Der Schlüssel zu ihrem Erfolg war die vollständige Entfernung der Superlinse.

Die Forschung ist veröffentlicht in Naturkommunikation.

Die Forscher sagen, dass diese Arbeit es den Wissenschaftlern ermöglichen sollte, die hochauflösende Mikroskopie weiter zu verbessern. Dies könnte zur Entwicklung der Bildgebung in so unterschiedlichen Bereichen wie der Krebsdiagnose, der medizinischen Bildgebung oder der Archäologie und Forensik führen.

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Der Hauptautor der Forschung, Dr. Alessandro Toñez von der School of Physics and Nano Institute der University of Sydney, sagte: „Wir haben jetzt eine praktische Möglichkeit entwickelt, Superlinsen ohne Superlinsen zu implementieren. Dazu positionieren wir unsere optische Sonde weiter entfernt.“ vom Objekt und sammeln sowohl hochauflösende als auch niedrig aufgelöste Informationen.“ „Durch die Messung in großer Entfernung stört die Sonde die hochauflösenden Daten nicht, was ein Merkmal bisheriger Methoden ist.“

Frühere Versuche haben versucht, mithilfe neuer Materialien überlegene Linsen herzustellen. Allerdings absorbieren die meisten Materialien so viel Licht, dass eine Superlinse sinnvoll ist.

„Wir haben dies überwunden, indem wir den Hyperlinsenprozess nach der eigentlichen Messung als Nachbearbeitungsschritt am Computer durchgeführt haben“, sagte Dr. Licht.“ Wellen.“

Co-Autor Professor Boris Kuhlme, ebenfalls von der School of Physics und Sydney Nano, sagte: „Unsere Methode könnte zur genaueren Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Blättern eingesetzt werden oder bei fortgeschrittenen Mikrofabrikationstechniken wie der zerstörungsfreien Bewertung nützlich sein.“ der Integrität von Mikrochips. „Diese Methode kann verwendet werden, um verborgene Schichten in Kunstwerken aufzudecken, und kann bei der Erkennung künstlerischer Fälschungen oder versteckter Werke nützlich sein.“

Typischerweise wurde bei Superlinsenversuchen der nahe Zugang zu hochauflösenden Informationen angestrebt. Dies liegt daran, dass diese nützlichen Daten mit der Entfernung dramatisch abnehmen und schnell von Daten mit niedrigerer Auflösung überwältigt werden, die nicht sehr schnell verfallen. Wenn die Sonde jedoch zu nah an ein Objekt herangeführt wird, wird das Bild verzerrt.

Die Forscher Dr. Alessandro Toñez (rechts) und Associate Professor Boris Kuhlme am Sydney Nanoscience Laboratory am Nano Institute der University of Sydney. Bildnachweis: Stephanie Zingsheim/Universität Sydney

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Die Forscher Dr. Alessandro Toñez (rechts) und Associate Professor Boris Kuhlme am Sydney Nanoscience Laboratory am Nano Institute der University of Sydney. Bildnachweis: Stephanie Zingsheim/Universität Sydney

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„Indem wir unsere Sonde weiter wegbewegen, können wir die Integrität der hochauflösenden Informationen bewahren und die Nachbeobachtungstechnologie nutzen, um die Daten mit niedriger Auflösung herauszufiltern“, sagte außerordentlicher Professor Kolme.

Die Forschung wurde mit Terahertz-Licht bei Millimeterwellenlänge im Bereich des Spektrums zwischen sichtbarem Licht und Mikrowellen durchgeführt.

„Dies ist eine sehr schwierig zu bearbeitende Bandbreite, aber sie ist sehr interessant, da wir in diesem Bereich wichtige Informationen über biologische Proben erhalten können, beispielsweise zur Proteinstruktur, zur Hydratationsdynamik oder zur Verwendung in der Krebsbildgebung“, sagte außerordentlicher Professor Kolme . „.

„Diese Technologie ist ein erster Schritt, um hochauflösende Bilder zu ermöglichen und gleichzeitig einen sicheren Abstand zum Objekt einzuhalten, ohne das Gesehene zu verzerren“, sagte Dr. Tonnies. „Unsere Technologie kann in anderen Frequenzbereichen eingesetzt werden. Wir erwarten jeden, der hohe Leistungen erbringt.“ Hochauflösende optische Mikroskope werden diese Technologie interessant finden.“

Mehr Informationen:
Terahertz-Wellenlängenabbildung über die virtuelle Hyperlinse im strahlenden Nahfeld, Naturkommunikation (2023). doi: 10.1038/s41467-023-41949-5

Informationen zum Magazin:
Naturkommunikation


Magda Franke

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