Ученые создали «суперлинзы» из оксида титана

Фото: Pieter Kuiper / Flickr

Китайские инженеры разработали капли из наночастиц оксида титана, которые увеличивают оптическую силу микроскопов в пять раз. Их использование позволит преодолеть дифракционный барьер и исследовать микроорганизмы размером менее 200 нанометров.

В 1873 году — через двести лет после создания микроскопа — немецкий физик Эрнст Аббе определил предел разрешающей способности светового микроскопа — дифракционный барьер. Дело в том, что в силу волновой природы света и из-за явления дифракции никакая оптическая система не даст абсолютно четкого точечного изображения — всегда будет заметна зона размытия со светлым пятном в середине. Считается, что различить можно два изображения, которые перекрываются не более чем на радиус этого светлого пятна. Радиус пятна составляет половину длины световой волны, то есть около 200 нанометров для оптической микроскопии.

В 2014 году Нобелевскую премию по химии вручили «за разработку сверхразрешающей микроскопии» и создание «наноскопа» — прибора, который впервые обошел дифракционный барьер. В новом исследовании ученые предложили более простой метод, который также помогает заглянуть за 200-нанометровую границу.

«Суперлинзы», описанные в работе, — капли диаметром 10—15 микрометров, состоящие из миллионов наночастиц оксида титана TiO2 размером около 15 нанометров. Проходя через прозрачные шарики, свет преломляется и распадается на множество маленьких лучей. Освещая образец одновременно под разными углами, эти тонкие лучи помогают лучше рассмотреть мельчайшие детали на его поверхности.

Линзы из наночастиц можно использовать как дополнительную оптическую систему, которая поможет лучше рассмотреть детали образца. Эксперименты показали, что «суперлинзы» увеличивают оптическую силу микроскопа примерно в пять раз. В будущем авторы планируют адаптировать технологию для биомедицинского применения: «суперлинзы» помогут рассмотреть в оптический микроскоп бактерии и вирусы, которые раньше приходилось исследовать более сложными методами.

Исследование ученых из Китая и Великобритании опубликовано в журнале Science Advances.

Несмотря на предел Аббе и другие трудности, дифракция часто бывает полезной. Недавно российские и австралийские физики предложили с ее помощью подсчитывать количество микрочастиц в фотонных кристаллах.
Теги:

Читать еще на Чердаке: