211service.com
Eerste biologische superlens gemaakt met spinzijde
In 1873 ontdekte de Duitse natuurkundige Ernst Abbe een fundamentele limiet in de prestaties van beeldvormende systemen zoals microscopen of cameralenzen. Deze systemen kunnen eenvoudig geen kenmerken oplossen die kleiner zijn dan een kritische grootte die wordt bepaald door de golflengte van licht.
Voor zichtbaar licht is deze resolutielimiet ongeveer 200 nanometer; iets kleiners kan niet worden opgelost. Dat omvat virussen, functies in cellen zoals microtubuli en DNA-moleculen, zelfs de groeven op een standaard Blu-ray dvd-schijf.
Maar de afgelopen jaren hebben natuurkundigen een manier ontdekt om de limiet van Abbe te omzeilen. Telkens wanneer licht van een object weerkaatst, buigt het en interfereert het, waardoor alle fijne details verloren gaan. Voor zichtbaar licht vindt dit proces plaats in de eerste paar nanometers van het oppervlak.
De manier om de limiet van Abbe te omzeilen is om het patroon van gereflecteerd licht vast te leggen voordat het interfereert. Dit zogenaamde nabije-veld of vergankelijk licht bevat alle fijne details. De truc is om een manier te vinden om dit nabije veldlicht buiten zijn gebruikelijke bereik door te laten.
En dat is precies wat natuurkundigen hebben gedaan. Ze hebben verschillende exotische stoffen ontdekt die nabij-veldlicht kunnen uitzenden. Plaats een van deze in contact met het af te beelden oppervlak en het kan het licht overbrengen naar een conventioneel beeldvormingssysteem. Zo'n materiaal staat bekend als een superlens.
Deze superlenzen zijn uiteraard klein maar ook vaak delicaat en lastig te maken. Bovendien werken ze meestal alleen bij specifieke lichtfrequenties. Het is dus een belangrijke taak om nieuwe robuuste exemplaren te vinden die werken met wit licht.
Tegenwoordig laten James Monks en vrienden van de Universiteit van Bangor in Wales zien dat spinrag in staat is details op te lossen in wit licht dat kleiner is dan Abbe's resolutielimiet. Hun werk is de eerste demonstratie van een biologische superlens.
De techniek is rechttoe rechtaan. Het team begint met zijde gesponnen door de Nephila edulis, een grote spin beter bekend als de Australische Golden Orb Weaver. Dit produceert zijde met een diameter van ongeveer 6.800 nanometer die het weeft tot een web van ongeveer een meter breed.
Zijde is transparant en cilindrisch van structuur, een vorm waardoor het licht kan focussen. En omdat het klein is, doet het de scherpstelling op de nanometerschaal die overeenkomt met die van nabij-veldlicht.
Monniken en co leggen eenvoudig een streng van deze spinnenzijde over een Blu-ray dvd-schijf, verlichten deze met wit licht en fotograferen deze door een standaard 100x microscoopobjectief.
Het oppervlak van deze schijf bestaat uit kanalen van 200 nanometer breed, elk gescheiden door een afstand van 100 nanometer.
Dat is kleiner dan een optische microscoop gewoonlijk kan oplossen met wit licht. Dus elk detail dat deze kanalen laat zien, is een duidelijk bewijs dat de spinzijde als een superlens werkt.
De afbeeldingen laten precies deze details zien. Dit levert bewijs van het superresolutievermogen van spinnenzijde om de optische diffractielimiet te overwinnen, zeggen Monks en co. Dit is het eerste biologische superlenssysteem dat met succes de diffractielimiet heeft overschreden.
Dat is interessant werk, niet in de laatste plaats omdat spinrag makkelijk verkrijgbaar is, heerlijk flexibel en enorm robuust. Dat betekent dat het in een breed scala van situaties kan worden gebruikt.
Monniken en co stellen voor om de zijde heen en weer te laten lopen om een tweedimensionale reeks te creëren, die kan worden ingekapseld in een transparant medium zoals een soort tape. Dit kan dan op elk monster worden geplaatst dat moet worden opgelost.
Het is duidelijk dat biologische superlenzen een aanzienlijk potentieel hebben voor de toekomst.
Referentie: arxiv.org/abs/1604.08119 : Spider Silk: de biologische superlens van moeder natuur