Helder zicht door ondoorzichtige materialen

Veel materialen zoals verf, huid, papier en matglas, zijn ondoorzichtig omdat ze licht verstrooien. Lichtstralen gaan in dit soort materialen niet rechtdoor, maar volgen een onvoorspelbaar pad, waardoor het niet mogelijk is voorwerpen die erachter verborgen liggen scherp te zien. Er bestaan al wel krachtige methoden om door materialen te kijken die nog een klein beetje licht onverstrooid, in rechte lijn doorlaten. Tot dusver werd het echter onmogelijk geacht om een beeld te maken als werkelijk al het licht verstrooid is.

Toch is het team onder leiding van Allard Mosk juist dit gelukt. De onderzoekers lieten een laserstraal onder verschillende hoeken op een verstrooiend oppervlak van matglas vallen Tegelijk registreerde een computer nauwkeurig hoeveel licht daarbij terugkwam van het verborgen voorwerp. Mosk: "De gemeten lichtintensiteit vormt geen beeld van het verborgen voorwerp, maar bevat - in een soort versleuteling - wel bijna alle informatie die daarvoor nodig is. De twee jonge wetenschappers die nu eerste auteurs van het artikel zijn, kwamen op het briljante idee uit te zoeken of die informatie genoeg kan zijn en dat bleek het geval." Het team heeft vervolgens een methode ontwikkeld waarbij de resterende informatie met een computer in eerste instantie gegokt wordt, en vervolgens getest en verbeterd. Het is ze op deze manier gelukt om een scherp beeld te maken van een verborgen fluorescerend voorwerp van 50 micrometer groot, ongeveer de grootte van een menselijke cel.

De onderzoekers verwachten dat deze ontdekking nieuwe microscopiemethoden zal opleveren, waarmee het mogelijk wordt om ondanks verstrooiing een haarscherp beeld te vormen. Met deze methode kan door alle verstrooiende lagen gekeken worden, zolang er maar een beetje verstrooid licht door komt. Mosk: "Dit kan handig zijn in de nanotechnologie: We zouden graag licht werpen op componenten die zich binnenin een complexe omgeving bevinden, zoals op een computerchip of een DNA-chip." Een verdere toekomstdroom is dat het onderzoek zal leiden tot nieuwe methodes om onder de huid te kunnen kijken. "Maar," merkt Mosk op, "daarvoor is onze huidige techniek nog te langzaam". Daarom worden dergelijke toepassingen pas op een termijn van tien jaar verwacht.

Dit onderzoek is ondersteund door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), Technologiestichting STW, de European Research Council (ERC) en het Italiaanse Ministerie voor Wetenschap.

Referentie
'Non-invasive imaging through opaque scattering layers' Jacopo Bertolotti, Elbert G. van Putten, Christian Blum, Ad Lagendijk, Willem L. Vos en Allard P. Mosk.
De auteurs zijn werkzaam bij de leerstoel Complex Photonic Systems (COPS) van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie, Universiteit Twente. Jacopo Bertolotti is tevens onderzoeker bij de Universiteit van Florence en Ad Lagendijk is tevens werkzaam bij het FOM-instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam. Christian Blum is medewerker van leerstoel Nanobiofysica aan het MESA+ instituut, Universiteit Twente. Jacopo Bertolotti en Elbert van Putten hebben een gelijke bijdrage geleverd aan dit werk.
DOI: 10.1038/nature11578

Onderzoek in top tien van 2012-breakthroughs
Op 14 december heeft het gezaghebbende magazine Physics World bekend gemaakt dat de ontdekking van FOM-werkgroepleiders prof.dr. Allard Mosk, prof.dr. Ad Lagendijk en prof.dr. Willem Vos van het MESA+ instituut aan de Universiteit Twente gezien wordt als één van de tien belangrijkste doorbraken in het natuurkundeonderzoek in 2012. In het nieuwsbericht van 17 december 2012 vindt u meer informatie.

Contact
Prof.dr. Allard P. Mosk