Lichtverstrooiing verbetert scherpte van microscopen
Onderzoekers gebruiken wanordelijke materialen om de kleinste details te zien.
Onderzoekers van het instituut MESA+ aan de Universiteit Twente en de Stichting FOM hebben een manier ontwikkeld om de scherpte van een lichtmicroscoop te verbeteren. Normaal gesproken wordt verstrooiing zoveel mogelijk vermeden in een microscoop, omdat het de resolutie en het contrast verslechtert. De onderzoekers hebben nu een eenvoudige en efficiënte manier gevonden om met bijzondere licht verstrooiende materialen de scherpte van het beeld juist aanzienlijk te verbeteren. Een paper met als eerste auteur FOM-promovendus Hasan Yılmaz van de Universiteit Twente verscheen op 27 april in Optica, een nieuw tijdschrift van de Optical Society (OSA). Yılmaz: "Het is alsof de mist optrekt".
Een gewone microscoop kan geen kleinere details onderscheiden dan ongeveer de halve golflengte van groen licht, oftewel 0,25 micrometer (een micrometer is een duizendste van een millimeter). Veel interessante en belangrijke structuren in biologische cellen en in computerchips zijn echter kleiner dan dat. Een algemeen toepasbare methode om de resolutie van een microscoop te verbeteren is het structureren van de belichting. Een computer kan uit een serie opnamen onder verschillende belichtingen een hoge-resolutiebeeld berekenen. Tot nu toe hebben onderzoekers altijd de helderste lenzen gebruikt voor zowel het afbeelden als de belichting. Daarbij is de keuze aan materialen beperkt: Van sommige materialen is het niet mogelijk een lens zonder verstrooiing te maken.
De nieuwe aanpak
Verstrooid laserlicht ziet eruit als een patroon van kleine spikkeltjes. De onderzoekers van het MESA+ Instituut aan de Universiteit Twente hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld om deze spikkels in te zetten als belichting in een microscoop. Met geoptimaliseerde nanomaterialen maken ze de kleinste spikkels, die met zichtbaar licht ooit gemaakt zijn. En door met deze spikkels te belichten, bereiken ze een zeer hoge resolutie (0,12 micrometer) in een breed gezichtsveld.
In deze nieuwe methode wordt het object (in het experiment een verzameling van fluorescerende nanodeeltjes) op een ondergrond van het materiaal galliumfosfide geplaatst, en wordt de andere kant belicht met laserlicht. In het materiaal ontstaat een spikkelpatroon dat over het object gescand wordt. Uit deze scan, plus een lage-resolutie afbeelding van een gewone microscooplens, wordt een scherp beeld berekend.
"Het verbeteren van de afbeeldingsscherpte ziet eruit als het optrekken van de mist", zegt FOM-promovendus Hasan Yılmaz, de eerste auteur van het artikel. "Maar eigenlijk is het wazige beeld met heldere lenzen opgenomen. Het scherpe beeld is gemaakt met verstrooid licht." De nieuwe belichtingsmethode is specifiek voor het oppervlak en relatief ongevoelig voor ruis en vibraties. De nieuwe methode, die de onderzoekers 'Speckle Correlation Resolution Enhancement' (SCORE) hebben gedoopt, wordt beschreven in een publicatie in het open-source vaktijdschrift Optica, het nieuwe tijdschrift van de internationale Optical Society (OSA).
Referentie
Speckle correlation resolution enhancement of wide-field fluorescence imaging, H. Yılmaz, E.G. van Putten, J. Bertolotti, A. Lagendijk, W.L. Vos, and A.P. Mosk. Optica
Meer informatie
MESA+ Institute for Nanotechnology at the University of Twente.
Onderzoeksgroep: Complex Photonic Systems (COPS)
Contactpersoon
Joost Bruysters, adviseur/redacteur Externe Communicatie Universiteit Twente, 06 10 48 82 28.