Plaatje van de nanomicroscoop (afb: MPQ/LMU)

Met behulp van een trilholte zouden onderzoekers rond Nobelprijs-winnaar  Theodor Hänsch van het Max Planck-instituut voor kwantumoptica en van de Ludwig Maximilian-universiteit een microscoop hebben ontwikkeld met een resolutie die 1700 beter zou zijn dat toegestaan door de diffractielimiet. Daarmee zouden nanodeeltjes kunnen worden waargenomen.

Bij lichtmicrosopen wordt de grootte van deeltjes die nog waarneembaar zijn beperkt door de frekwentie van het gebruikte lcith. We praten dan over de diffractielimiet.  “We hebben het licht dat nodig is om het nanodeeltje waar te nemen gevangen in een optische trilholte, waar het tienduizenden keer rondgaat”, zegt onderzoeker David Hunger. “Dat verbetert de wisselwerking tussen het licht en het preparaat en het signaal wordt makkelijk meetbaar”, voegt hij daar kryptisch aan toe. “Bij een gewone microscoop is het signaal hooguit een miljoenste van het er in gestopte vermogen en dat is nauwelijks meetbaar. Vanwege de trilholte wordt het signaal met een factor 50 000 versterkt.”

Een van de kanten van de trilholte bestaat uit een spiegel, die tevens de drager van het te bekijken monster is. Daar tegenover zit een sterk gekromde spiegel op het eind van een optische vezel. De vlakke spiegel wordt langzaam verdraaid ten opzichte van de optische vezel, die dient om (laser)licht ‘aan te voeren’. Tegelijkertijd verandert de afstand tussen de twee spiegels tot er resonantie ontstaat. Dat luistert nauw: we hebben het dan over picometers (eenduizendste nanometer).
Voor hun eerste metingen gebruikten de onderzoekers goudbolletjes met een diameter van 40 nm ( 1 nm = eenmiljoenste mm). Hunger: “De bolletjes dienen als referentiesysteem, zodat we de eigenschappen precies kunnen berekenen om de bruikbaarheid van onze metingen te bepalen. Omdat we de optische eigenschappen van ons meetsysteem kennen, kunnen we de optische eigenschappen van de deeltjes bepalen aan de hand van de grootte van het transmissiesignaal.” Anders dan microscooptechnieken die mikken op een directe verbetering van het signaal, is het lichtveld bij deze techniek beperkt tot een heel klein gebied, waardoor een ruimtelijke resolutie van 2 µm wordt bereikt bij gebruik van de hoofdfrekwentie van het licht. Door die te combineren met de hogere orde-frekwenties is de resolutie te verbeteren tot 800 nm.

De methode zou nog aan kracht winnen als tegelijkertijd de absorptie en de dispersie van een enkel deeltje worden bepaald. Dat zou vooral interessant zijn als de deeltjes niet rond, maar, bijvoorbeeld, langwerpig zouden zijn. Dan zijn de metingen afhankelijk van de polarisatierichting van het licht ten opzichte van de symmetrieassen van het deeltje. De onderzoekers ‘keken’ naar nanostaafjes (34x25x25 nm) en zagen hoe de resonantiefrekwentie veranderde in afhankelijkheid van de polarisatierichting. Parallel aan de staafas is de resonantie groter dan loodrecht daarop. Daardoor kan de plaats en vorm van het deeltje heel precies worden bepaald. Op dit punt aanbeland moet ik bekennen dat ik van de uitleg in het persbericht niet erg veel begrijp. Dat heeft alles met mijn beperkte kennis van de natuurkunde te maken. Wordt, om maar wat te vragen, het beeld berekend/geconstrueerd en niet ‘gezien’?
Hunger denkt dat met deze uiterst scherpe microscooptechniek het mogelijk is de dynamica van macromoleculen, zoals het vouwen van eiwitten, is te bestuderen. “We zijn grote mogelijkheden voor het karakteriseren van nanomaterialen en biologische nanosystemen tot kwantumspectroscopie aan toe.”

Bron: Science Daily