Мікроскопія вийшла за межі можливого: вчені подолали дифракційну межу

Оптичне розділення мікроскопів обмежене законами оптики — так званою дифракційною межею, що при великому збільшенні також змушує практично впритул розташовувати зразки під мікроскопом. Водночас вчені освоюють візуалізацію методом інтерферометрії, наприклад, спостерігаючи за чорними дірами віртуальним телескопом Горизонта подій розмірами з цілу планету. З оптикою все складніше, але прорив можливий і досяжний.

Джерело зображення: UConn

Так, дослідники з Університету Коннектикуту (UConn) розробили новий оптичний датчик зображення під назвою Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI). Ця технологія натхненна тим самим масивом телескопів Горизонта подій, який вперше сфотографував чорну діру. Тепер подібна технологія дозволяє долати фундаментальні оптичні обмеження без використання лінз і надзвичайно складної фізичної синхронізації масиву окремих оптичних датчиків.

Технологія MASI працює на основі масиву програмованих сенсорів, розміщених або орієнтованих на різні шари дифракційної площини. Кожен сенсор незалежно захоплює сирі дифракційні патерни світла, що містять інформацію як про амплітуду (яскравість), так і про фазу хвилі, відбитої від об'єкта світла. Потім алгоритми відновлюють складні хвильові поля світла, відбитого від спостережуваного об'єкта, програмно синхронізуючи дані від усіх сенсорів і, таким чином, відтворюють зображення.

У демонстрації ця технологія дозволила досягати субмікронного розділення (на рівні мікрометрів і нижче) при зйомці з відстані в кілька сантиметрів. Це як вивчати будову волоска на тілі людини з відстані кількох метрів. Ті, хто хоч раз працював з оптичним мікроскопом і зразками з об'єктивами на 40 крат і вище — оцінять. Для медицини подібне полегшить проведення спостережень на тілі та органах людини, що раніше вимагало зрізу тканин.

Найважливіше в технології MASI — вона не вимагає суворого вирівнювання датчиків і дозволяє лінійне масштабування. Досягти більшого розділення набагато простіше, всього лише додаванням нових сенсорів у систему. Все інше зроблять алгоритми.

Застосування представленої технології обширне — від охорони здоров'я та біологічних досліджень до контролю якості продукції на виробництві, криміналістики та багато де ще, де необхідне високе оптичне розділення без дорогих оптичних систем і складного обладнання.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки