Los físicos llevan los microscopios más allá de sus límites

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Los científicos utilizaron una nueva tecnología de superlente para ver un objeto de solo 0,15 mm de ancho mediante tecnología de posobservación virtual. El objeto «THZ» (que representa la frecuencia «terahercios» de la luz utilizada) se muestra en la medición óptica inicial (arriba a la derecha); Después de la lente normal (abajo a la izquierda); Después de la súper lente (abajo a la derecha). Crédito: Universidad de Sydney

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Los científicos utilizaron una nueva tecnología de superlente para ver un objeto de solo 0,15 mm de ancho mediante tecnología de posobservación virtual. El objeto «THZ» (que representa la frecuencia «terahercios» de la luz utilizada) se muestra en la medición óptica inicial (arriba a la derecha); Después de la lente normal (abajo a la izquierda); Después de la súper lente (abajo a la derecha). Crédito: Universidad de Sydney

Desde que Antony van Leeuwenhoek descubrió el mundo de las bacterias a través del microscopio a finales del siglo XVII, los seres humanos han intentado profundizar en el mundo de lo infinitesimal.

Sin embargo, existen límites físicos en cuanto a la precisión con la que se puede examinar el cuerpo utilizando métodos visuales tradicionales. Esto se conoce como límite de difracción y está determinado por el hecho de que la luz aparece como una onda. Esto significa que la imagen enfocada no puede ser menor que la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada para observar un objeto.

Todos los intentos de romper este límite con “súper lentes” se han topado con el obstáculo de una pérdida grave de visión, lo que hace que los lentes se vuelvan opacos. Ahora, físicos de la Universidad de Sydney han demostrado una nueva forma de lograr la superlente con pérdidas mínimas, superando el límite de difracción en un factor de casi cuatro veces. La clave de su éxito fue eliminar por completo las superlentes.

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La investigación se publica en Comunicaciones de la naturaleza.

Los investigadores dicen que este trabajo debería permitir a los científicos mejorar aún más la microscopía de súper resolución. Esto podría conducir al desarrollo de la imagen en campos tan diversos como el diagnóstico del cáncer, la imagen médica o la arqueología y la ciencia forense.

El autor principal de la investigación, el Dr. Alessandro Toñez de la Facultad de Física y el Nano Instituto de la Universidad de Sydney, dijo: «Ahora hemos desarrollado una forma práctica de implementar superlente, sin superlente. Para hacer esto, colocamos nuestra sonda óptica más lejos del objeto y recopilar información tanto de alta como de baja resolución». «Al medir a gran distancia, la sonda no interfiere con los datos de alta resolución, que es una característica de los métodos anteriores».

Intentos anteriores han intentado crear lentes superiores utilizando nuevos materiales. Sin embargo, la mayoría de los materiales absorben tanta luz que una superlente resulta útil.

«Superamos esto realizando el proceso de hiperlente como un paso de posprocesamiento en la computadora, después de la medición en sí», dijo el Dr. Tönnies. «Esto produce una imagen ‘verdadera’ del objeto al amplificar selectivamente la imagen que se desvanece (o evanescente). luz.» ondas.»

El coautor, el profesor Boris Kuhlme, también de la Facultad de Física y Sydney Nano, dijo: «Nuestro método podría aplicarse para determinar el contenido de humedad de las hojas con mayor precisión, o ser útil en técnicas avanzadas de microfabricación, como la evaluación no destructiva». de la integridad de los microchips. «Este método puede utilizarse para revelar capas ocultas en obras de arte y puede resultar útil para detectar falsificaciones artísticas u obras ocultas».

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Normalmente, los intentos de superlente han buscado un acceso cercano a información de alta resolución. Esto se debe a que estos datos útiles decaen drásticamente con la distancia y rápidamente se ven superados por datos de menor resolución, que no decaen muy rápidamente. Sin embargo, acercar demasiado la sonda a un objeto distorsiona la imagen.


Los investigadores, el Dr. Alessandro Toñez (derecha) y el profesor asociado Boris Kuhlme en el Laboratorio de Nanociencia de Sydney en el Nano Instituto de la Universidad de Sydney. Crédito: Stephanie Zingsheim/Universidad de Sydney

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Los investigadores, el Dr. Alessandro Toñez (derecha) y el profesor asociado Boris Kuhlme en el Laboratorio de Nanociencia de Sydney en el Nano Instituto de la Universidad de Sydney. Crédito: Stephanie Zingsheim/Universidad de Sydney

«Al alejar nuestra sonda, podemos preservar la integridad de la información de alta resolución y utilizar tecnología posterior a la observación para filtrar los datos de baja resolución», dijo el profesor asociado Kolme.

La investigación se llevó a cabo utilizando luz de terahercios en una longitud de onda milimétrica, en la región del espectro entre el visible y el de microondas.

«Es muy difícil trabajar con este ancho de banda, pero es muy interesante, porque en este rango podemos obtener información importante sobre muestras biológicas, como la estructura de proteínas, la dinámica de hidratación o para su uso en imágenes de cáncer», dijo el profesor asociado Kolme. . «.

«Esta tecnología es un primer paso para permitir imágenes de alta resolución mientras se mantiene una distancia segura del objeto sin distorsionar lo que se ve», dijo el Dr. Tonnies. «Nuestra tecnología se puede utilizar en otros rangos de frecuencia. Esperamos que cualquier persona que realice un alto rendimiento La microscopía óptica de resolución encontrará interesante esta tecnología”.

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más información:
Imágenes de longitud de onda de terahercios a través de la hiperlente virtual en el campo cercano radiante, Comunicaciones de la naturaleza (2023). doi: 10.1038/s41467-023-41949-5

Información de la revista:
Comunicaciones de la naturaleza


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