Впервые за сотни лет обычные оптические микроскопы можно будет существенно улучшить. Скоро старым добрым микроскопам откроется то, чего они никогда раньше не видели.
Ловим исчезающие волны: Апгрейд для микроскопов
Свернутая в трубочку «суперлинза» с наноразмерным объектом в центре. Эванесцентные волны от него улавливаются внутренним слоем «суперлинзы» и передаются на наружный. Здесь изображение объекта уже достаточно велико, чтобы его восприняла мощная оптическая линза

В частности, оптический микроскоп позволит разглядеть частицы вирусов и органеллы внутри сложных клеток. Такое наблюдение теперь не потребует убивать клетку, чтобы поместить в вакуумную камеру электронного микроскопа — а значит, за разработку особенно будут благодарны биологи.

Действительно, даже самый лучший и совершенный оптический микроскоп имеет принципиальное ограничение на размеры объектов, связанное с самой природой световых волн: чтобы различаться, они должны быть больше примерно половины длины волны света. Вместе с другими нюансами это очерчивает границу, доступную таким приборам, примерно 1000-кратным увеличением. Этого достаточно, чтобы увидеть некоторых даже мелких бактерий, но компоненты клеток остаются за пределами.

Есть, конечно, некоторые хитрости, которые позволяют расширить границы применения обычных микроскопов (уж больно они удобны), но все они очень сложны, а главное мало эффективны. К примеру, можно использовать «затухающие» (эванесцентные) волны, которые испускает освещенный объект. В отличие от обычных волн, их очень трудно зафиксировать, поскольку с удалением от объекта они ослабевают экспоненциально — то есть, так быстро, что никогда не достигают поверхности изображения.

Существуют средства, позволяющие приставить эти волны к делу — к примеру, пару лет назад была создана специальная система-«суперлинза», способная собирать и использовать эванесцентные волны. Однако лишь теперь Стефану Мендаку (Stefan Mendach) и его коллегам из Германии удалось создать рабочий инструмент, способный воссоздавать двумерные картинки трехмерных наноразмерных объектов, используя свет видимой части и ближнего ИК-спектра.

В основе прибора — все те же «суперлинзы», состоящие из тонких полос серебра, проложенных полупроводниковыми слоями из кремния, галлия, индия и мышьяка. Разница в атомарной структуре соседних слоев заставляет материал самопроизвольно скручиваться, как ковер, оставляя в центре отверстие диаметром около 2 мкм.

Если объект поместить внутрь этой трубки, эванесцентные волны, возникающие на его поверхности и обычно затухающие в паре нанометров от нее, собираются на внутренней поверхности трубки, и начинают путешествие сквозь ее слои наружу, перпендикулярно окружности. При этом движении и идет первичное увеличение изображения — примерно по тому же принципу, по которому картинка, нарисованная на воздушном шарике, растет, если его надуть. Именно такой процесс позволяет увеличить наноразмерные объекты, обычно невидимые, до размеров, когда уже с ними может работать стандартная оптическая линза.

Впрочем, ученым еще предстоит немало работы. Дело в том, что они уже собрали подобное устройство и показали, что оно работает — за одним небольшим исключением: оно не увеличивает картинку. Стенки слоистой «суперлинзы» слишком тонки, чтобы создавать достаточное увеличение. А чтобы сделать стенки толще, слои придется сделать тоньше, чтобы трубка сворачивалась более плотно. Над этим они теперь и трудятся.

А пока нам остаются привычные уже электронные микроскопы. Если вы до сих пор не представляете, как они работают, читайте: «Туннель в наномир».

По публикации New Scientist Tech