Un team di ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha sviluppato la prima lente piatta per la microscopia ad immersione. Questa lente, che può essere progettato per qualsiasi liquido, può fornire un'alternativa economica e facile da produrre al costoso, tecnica secolare di lucidatura manuale delle lenti per obiettivi ad immersione.

La ricerca è descritta in Nano lettere .

"Questo nuovo obiettivo ha il potenziale per superare gli svantaggi e le sfide delle tecniche di lucidatura delle lenti che sono state utilizzate per secoli, " disse Federico Capasso, il Robert L. Wallace Professore di Fisica Applicata e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Ingegneria Elettrica presso SEAS, e autore senior del documento.

Quando la luce colpisce un oggetto, si disperde. I microscopi ottici funzionano raccogliendo quella luce diffusa attraverso una serie di lenti e ricostruendola in un'immagine. Però, la fine informazione geometrica dettagliata di un oggetto è trasportata dalla porzione di luce diffusa che si propaga con angoli troppo grandi per essere raccolti. L'immersione dell'oggetto in un liquido riduce gli angoli e consente di catturare la luce prima impossibile, migliorare il potere risolutivo del microscopio.

Sulla base di questo principio, i microscopi ad immersione utilizzano uno strato di liquido, solitamente acqua o olio, tra il vetrino del campione e la lente dell'obiettivo. Questi liquidi hanno indici di rifrazione più elevati rispetto allo spazio libero quindi la risoluzione spaziale è aumentata di un fattore pari all'indice di rifrazione del liquido utilizzato.

Microscopi ad immersione, come tutti i microscopi, sono costituiti da una serie di lenti a cascata. Il primo, nota come lente frontale, è il componente più piccolo e importante. Solo pochi millimetri di dimensioni, queste lenti semicircolari sembrano gocce di pioggia perfettamente conservate.

A causa della loro forma particolare, la maggior parte delle lenti frontali dei microscopi di fascia alta prodotti oggi sono lucidate a mano. Questo processo, non sorprendentemente, è costoso e richiede tempo e produce lenti che funzionano solo entro pochi specifici indici di rifrazione dei liquidi di immersione. Così, se un campione è sotto sangue e un altro sott'acqua, avresti bisogno di creare a mano due obiettivi diversi.

Per semplificare e velocizzare questo processo, I ricercatori SEAS hanno utilizzato la nanotecnologia per progettare una lente planare frontale che può essere facilmente adattata e prodotta per liquidi diversi con indici di rifrazione diversi. La lente è costituita da una serie di nanoalette di biossido di titanio e fabbricata utilizzando un processo litografico in un'unica fase.

"Queste lenti sono realizzate utilizzando un singolo strato di litografia, una tecnica ampiamente utilizzata nell'industria, " disse Wei Ting Chen, primo autore dell'articolo e borsista post-dottorato presso SEAS. "Possono essere prodotti in serie con la tecnologia di fonderia esistente o il nanoimprinting per ottiche ad immersione di fascia alta a costi contenuti".

Utilizzando questo processo, il team ha progettato metalli che possono essere personalizzati non solo per qualsiasi liquido di immersione, ma anche per più strati di diversi indici di rifrazione. Ciò è particolarmente importante per l'imaging di materiale biologico, come la pelle.

"La nostra meta-lente ad immersione può tenere conto degli indici di rifrazione dell'epidermide e del derma per focalizzare la luce sul tessuto sotto la pelle umana senza ulteriori complessità di progettazione o fabbricazione, " ha detto Alexander Zhu, coautore dell'articolo e dottorando presso SEAS.

"Prevediamo che i metalenses ad immersione troveranno molti usi non solo nell'imaging biologico, ma consentiranno applicazioni completamente nuove e alla fine supereranno le lenti convenzionali nei mercati esistenti, " disse Capasso.