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柔软物质和液体

柔软物质和液体

显微镜移动到更小的尺度

09 Apr 2002

通过光学手段实现的最尖锐的图像已经由德国的研究人员生产。 STEFAN地狱和MARCUS DYBA的MAX PLANCK生物物理化学研究所使用常规光学对细菌的图像团块仅33纳米–相当于用于照射它们的光波长的1/23。成就表明‘far-field’光学显微镜可以超出所谓的衍射极限,而不利用光的量子性质(M DYBA和S Hall 2002 物理。 rev. lett。 88 163901).

科学家们认为显微镜的最大分辨率约为用于照射物体的光波长的一半–被称为衍射极限的约束。提高显微镜分辨的一种方法是使用具有更短波长的辐射– such as X-rays –但这种方法不会克服衍射极限,并且不适合某些生物样品。‘Scanning probe’ techniques –其中样品由微小的光源照亮–最近达到了超出衍射极限的高分辨率。

现在,地狱和DYBA将两种技术组合给图像细菌,以前所未有的细节标记为光学活性染料。这两种方法–被称为刺激的排放耗尽和4PI共聚焦显微镜–已经表明衍射极限可以被打击。

首先,激光脉冲照亮最小的区域–由衍射极限决定–细菌样品,并激发染料分子。然后,第二激光脉冲照射与激发分子的斑块部分重叠的区域。这迫使重叠区域中的激发分子作为光发射其过量的能量,并返回到地状态。一段时间后,剩余的激发分子自然松弛,从比衍射极限的区域发射光的光将允许。单独,这种技术已经实现了围绕所用光的一个第十一个波长的分辨率。

但地狱和dyba通过修改此解决方案进一步提高了这一决议‘natural relaxation’步。当染料分子即将发光时,两个更激光脉冲照亮– but do not excite –样品。这些脉冲由样品反射,然后将其组合以产生具有单个中央最小值的驻波。该驻波用作过滤器并仅透射由微小的染料分子发出的光。实际上,发光区域的尺寸减小到激光脉冲波长的仅1/23。

“这是第一次聚焦光学显微镜已达到几十纳米政权,这是迄今为止被认为几乎不可能的,”地狱告诉physicsweb。

地狱和DYBA使用了可见和近红外光的脉冲,适用于染料中的能隙。但是,它们乐观地,可以在调谐的系统中达到约17纳米的分辨率,以应对紫外线。根据地狱,该技术可以在两到三年内转化为实用设备。研究人员认为,这种装置可用于微光学和光学数据存储,其中物理学家试图访问具有可见光的更小的长度尺度的两个领域。

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