I microscopi ottici che utilizzano lenti per far rimbalzare i fotoni sugli oggetti hanno difficoltà a distinguere gli oggetti su scala nanometrica più piccoli della lunghezza d'onda del raggio di imaging, come proteine ​​e DNA. Un innovativo "iperlente" progettato da A*STAR può superare i limiti di diffrazione ottica catturando informazioni ad alta risoluzione trattenute da onde di breve durata o evanescenti in agguato vicino alla superficie di un bersaglio.

I dispositivi Hyperlens, composti da sottili pile di strati alternati di metallo e plastica, hanno aumentato le prospettive di catturare processi biologici viventi in azione con l'ottica ad alta velocità. La chiave del loro funzionamento sono gli elettroni oscillanti, noti come plasmoni di superficie, che risuonano e migliorano le onde evanescenti che appaiono quando i fotoni colpiscono un oggetto solido. Le strette lunghezze d'onda dei fasci evanescenti danno una risoluzione su scala nanometrica alle immagini quando l'iperlente propaga le immagini a un microscopio standard.

La produzione di massa delle attuali iperlenti si è tuttavia bloccata a causa della loro complessa fabbricazione:potrebbero essere necessarie fino a 18 diverse deposizioni di strati, ciascuno con requisiti rigorosi per evitare il degrado del segnale. "Per un'immagine perfetta, questi strati richiedono uno spessore e una purezza controllati con precisione, "dice Linda Wu, dall'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology. "Altrimenti, è difficile ingrandire l'oggetto abbastanza da essere rilevato da un microscopio convenzionale."

Wu e i suoi collaboratori hanno proposto un diverso tipo di iperlente che elimina la necessità di interfacce multiple nella direzione di propagazione della luce, una delle principali fonti di perdita di energia e distorsione dell'immagine. Il concetto del team incorpora una serie emisferica di nanobarre in un nucleo isolante centrale, dando all'iperlente una forma simile a un riccio di mare spinoso. Questa geometria consente una raccolta più efficiente delle onde evanescenti, oltre a una migliore proiezione dell'immagine.

"Per la geometria del riccio di mare, le strutture metalliche di dimensioni nanometriche si allineano nella stessa direzione della direzione di propagazione della luce, e sono molto più piccoli della lunghezza d'onda della luce infrarossa applicata, " spiega Wu. "Quindi la luce non 'vede' alcun ostacolo, e si propaga in modo efficace e naturale, senza perdita".

Le simulazioni dei ricercatori hanno rivelato che l'iperlente appuntita potrebbe separare le complesse informazioni sulle onde nelle sue frequenze componenti, e poi trasmettere questi dati al microscopio come un intenso, banda facile da individuare. Anche questo approccio è stato efficiente:si è dimostrato in grado di risolvere oggetti complessi, da 50 a 100 nanometri di larghezza, senza la necessità di post-elaborazione dell'immagine.

Wu osserva che la fabbricazione di iperlenti di riccio di mare dovrebbe essere molto più semplice delle strutture multistrato. "Le strutture metalliche di dimensioni nanometriche potrebbero essere formate utilizzando pori e modelli in lenti flessibili, senza limiti di dimensioni reali, " dice. "Questo hyperlens potrebbe essere uno strumento importante per l'imaging biomolecolare in tempo reale".