I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio di misurazione e imaging in grado di risolvere nanostrutture più piccole del limite di diffrazione della luce senza richiedere coloranti o etichette. Il lavoro rappresenta un importante progresso verso un nuovo e potente metodo di microscopia che potrebbe un giorno essere utilizzato per vedere le caratteristiche fini di campioni complessi oltre a quanto è possibile con i microscopi e le tecniche convenzionali.

Il nuovo metodo, descritto in Optica journal, è una modifica della microscopia a scansione laser, che utilizza un raggio laser fortemente focalizzato per illuminare un campione. I ricercatori hanno ampliato la tecnica misurando non solo la luminosità o l'intensità della luce dopo che interagisce con un campione in studio, ma rilevando anche altri parametri codificati nel campo luminoso.

"Il nostro approccio potrebbe aiutare ad ampliare gli strumenti di microscopia utilizzati per studiare le nanostrutture in una varietà di campioni", ha affermato Peter Banzer, leader del team di ricerca dell'Università di Graz in Austria. "Rispetto alle tecniche di super risoluzione basate su un approccio di scansione simile, il nostro metodo è completamente non invasivo, il che significa che non richiede l'iniezione di molecole fluorescenti in un campione prima dell'imaging."

I ricercatori dimostrano che possono misurare la posizione e le dimensioni delle nanoparticelle d'oro con una precisione di diversi nanometri, anche quando più particelle si toccavano.

"Il nostro nuovo approccio alla microscopia a scansione laser potrebbe colmare il divario tra i microscopi convenzionali con risoluzione limitata e le tecniche di super risoluzione che richiedono la modifica del campione in studio", ha affermato Banzer.

Catturare di più dalla luce

Nella microscopia a scansione laser, un raggio di luce viene scansionato attraverso il campione e viene misurata la luce trasmessa, riflessa o diffusa proveniente dal campione. Sebbene la maggior parte dei metodi di microscopia misuri l'intensità, o la luminosità, della luce proveniente dal campione, una grande quantità di informazioni viene memorizzata anche in altre caratteristiche della luce come la sua fase, la polarizzazione e l'angolo di diffusione. Per acquisire queste informazioni aggiuntive, i ricercatori hanno esaminato la risoluzione spaziale delle informazioni sull'intensità e sulla polarizzazione.

"La fase e la polarizzazione della luce, insieme alla sua intensità, variano nello spazio in modo da incorporare dettagli fini sul campione con cui interagisce, proprio come l'ombra di un oggetto ci dice qualcosa sulla forma dell'oggetto stesso", ha affermato Banzer. "Tuttavia, molte di queste informazioni vengono ignorate se solo la potenza luminosa complessiva viene misurata dopo l'interazione."

Hanno dimostrato il nuovo approccio utilizzandolo per studiare campioni semplici contenenti nanoparticelle metalliche di diverse dimensioni. Lo hanno fatto scansionando l'area di interesse e quindi registrando la polarizzazione e le immagini risolte dell'angolo della luce trasmessa. I dati misurati sono stati valutati utilizzando un algoritmo che crea un modello delle particelle che si adatta automaticamente per assomigliare il più precisamente possibile ai dati misurati.

"Sebbene le particelle e le loro distanze fossero molto più piccole del limite di risoluzione di molti microscopi, il nostro metodo è stato in grado di risolverle", ha affermato Banzer. "Inoltre, e ancora più importante, l'algoritmo è stato in grado di fornire altri parametri sul campione come la dimensione e la posizione precisa delle particelle."

I ricercatori stanno ora lavorando per adattare il metodo in modo che possa essere utilizzato con campioni più complessi. La funzionalità dell'approccio può anche essere ampliata adattando la struttura della luce che interagisce con il campione e incorporando approcci basati sull'intelligenza artificiale nelle fasi di elaborazione delle immagini. Per quanto riguarda il rilevamento, gli autori, insieme ad altri esperti, stanno attualmente sviluppando una fotocamera speciale nell'ambito di un progetto europeo chiamato SuperPixels. Questo dispositivo di rilevamento di nuova generazione sarà in grado di risolvere le informazioni sulla polarizzazione e sulla fase oltre all'intensità.

"Il nostro studio è un'altra dimostrazione del ruolo fondamentale che la struttura della luce può svolgere nel campo dell'ottica e delle tecnologie basate sulla luce", ha affermato Banzer. "Molte applicazioni e fenomeni intriganti sono già stati dimostrati, ma ne seguiranno altri". + Esplora ulteriormente

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