Onderzoekers gebruiken nanodeeltjes om de lichtfrequentie en resolutie van beeldvormende systemen te verhogen

Natuurkundigen van de Australian National University (ANU) gebruiken nanodeeltjes om nieuwe lichtbronnen te ontwikkelen die ons in staat zullen stellen “het gordijn open te trekken” in de wereld van extreem kleine objecten – duizenden keren kleiner dan een mensenhaar – met grote winst voor medische en andere technologieën.

De bevindingen, gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang, zou grote implicaties kunnen hebben voor de medische wetenschap door een betaalbare en effectieve oplossing te bieden voor het analyseren van kleine objecten die te klein zijn voor microscopen om te zien, laat staan ​​voor het menselijk oog. Het werk zou ook gunstig kunnen zijn voor de halfgeleiderindustrie en het verbeteren van de kwaliteitscontrole van de fabricage van computerchips. De ANU-technologie maakt gebruik van zorgvuldig ontworpen nanodeeltjes om de lichtfrequentie die camera’s en andere technologieën zien tot zeven keer te verhogen. De onderzoekers zeggen dat er “geen limiet” is aan hoe hoog de frequentie van licht kan worden verhoogd. Hoe hoger de frequentie, hoe kleiner het object dat we kunnen zien met die lichtbron.

De technologie, die slechts een enkel nanodeeltje nodig heeft om te werken, zou in microscopen kunnen worden geïmplementeerd om wetenschappers te helpen in te zoomen op de wereld van superkleine dingen met 10 keer de resolutie van conventionele microscopen. Dit zou onderzoekers in staat stellen objecten te bestuderen die anders te klein zouden zijn om te zien, zoals de interne structuren van cellen en individuele virussen.

Door dergelijke kleine objecten te kunnen analyseren, kunnen wetenschappers bepaalde ziekten en gezondheidsproblemen beter begrijpen en bestrijden.

“Conventionele microscopen kunnen alleen objecten bestuderen die groter zijn dan ongeveer een tien miljoenste van een meter. Er is echter een groeiende vraag in verschillende sectoren, waaronder de medische wereld, om veel kleinere objecten tot een miljardste van een meter te kunnen analyseren.” een meter,” zei hoofdauteur Dr. Anastasiia Zalogina, van de ANU Research School of Physics en de Universiteit van Adelaide.

“Onze technologie zou kunnen helpen om aan die vraag te voldoen.”

De onderzoekers zeggen dat de door de ANU ontwikkelde nanotech zou kunnen helpen bij het creëren van een nieuwe generatie microscopen die veel gedetailleerdere beelden kunnen produceren.

“Wetenschappers die een sterk vergroot beeld willen genereren van een extreem klein object op nanoschaal, kunnen geen conventionele optische microscoop gebruiken. In plaats daarvan moeten ze vertrouwen op superresolutiemicroscopietechnieken of een elektronenmicroscoop gebruiken om deze kleine objecten te bestuderen, “zei dokter Zalogina.

“Maar zulke technieken zijn traag en de technologie is erg duur, vaak meer dan een miljoen dollar waard.

“Een ander nadeel van elektronenmicroscopie is dat het gevoelige monsters kan beschadigen die worden geanalyseerd, terwijl op licht gebaseerde microscopen dit probleem verminderen.”

Lichtstralen die we waarnemen als verschillende kleuren van de regenboog zijn elektromagnetische golven die oscilleren met verschillende frequenties.

Wat we als rood zien, is de laagste frequentie die onze ogen kunnen waarnemen. Zelfs lagere frequenties die niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog worden infrarood genoemd. Violet heeft de hoogste lichtfrequentie die we kunnen zien. Ultraviolet, dat een nog hogere frequentie heeft, is onzichtbaar voor het menselijk oog.

Hoewel onze ogen geen infrarood en ultraviolet licht kunnen detecteren, is het voor ons mogelijk om het te “zien” met behulp van camera’s en andere technologieën.

Co-auteur Dr. Sergey Kruk, ook van ANU, zei dat onderzoekers geïnteresseerd zijn in het bereiken van zeer hoge frequenties van licht, ook wel bekend als “extreem-ultraviolet”.

“Met violet licht kunnen we veel kleinere dingen zien in vergelijking met het gebruik van rood licht. En met extreem-ultraviolette lichtbronnen kunnen we dingen zien die verder gaan dan wat mogelijk is met conventionele microscopen van vandaag,” zei Dr. Kruk.

Dr. Kruk zei dat de ANU-technologie ook kan worden gebruikt in de halfgeleiderindustrie als kwaliteitscontrolemaatregel om een ​​gestroomlijnd productieproces te garanderen.

“Computerchips bestaan ​​uit zeer kleine componenten met functies die bijna een miljardste van een meter klein zijn. Tijdens het chipproductieproces zou het gunstig zijn voor fabrikanten om kleine bronnen van extreem ultraviolet licht te gebruiken om dit proces in realtime te volgen om eventuele problemen in een vroeg stadium te diagnosticeren, “zei hij.

“Op die manier kunnen fabrikanten middelen en tijd besparen op slechte batches chips, waardoor de opbrengsten van de chipproductie toenemen. Geschat wordt dat een stijging van één procent van de opbrengsten van de fabricage van computerchips zich vertaalt in een besparing van twee miljard dollar.

“De bloeiende optische en fotonica-industrie van Australië wordt vertegenwoordigd door bijna 500 bedrijven en is goed voor ongeveer $ 4,3 miljard aan economische activiteit, waardoor ons hightech-ecosysteem goed gepositioneerd is om nieuwe soorten lichtbronnen te gebruiken om nieuwe wereldmarkten in nanotechnologie-industrieën en onderzoek te bereiken .”