Микроскопията надхвърли границите на възможното: учените преодоляха дифракционната граница

Оптичната разделителна способност на микроскопите е ограничена от законите на оптиката – т.нар. дифракционна граница, която при голямо увеличение налага пробите да се поставят практически близо една до друга под микроскопа. В същото време учените овладяват визуализирането чрез интерферометрия, например чрез наблюдение на черни дупки с виртуалния телескоп на Хоризонта на събитията, който е с размерите на цяла планета. С оптиката е по-сложно, но пробивите са възможни и постижими.

В тази връзка изследователи от Университета на Кънектикът (UConn) са разработили нов оптичен сензор за изображения, наречен Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI). Тази технология е вдъхновена от същия масив телескопи Event Horizon, които за първи път заснемат черна дупка. Сега подобна технология може да преодолее фундаментални оптични ограничения без използването на лещи и изключително сложната физическа синхронизация на масив от отделни оптични сензори.

Технологията MASI работи на базата на масив от програмируеми сензори, разположени или ориентирани на различни слоеве на дифракционната равнина.

Всеки сензор улавя самостоятелно необработени дифракционни модели на светлината, съдържащи информация както за амплитудата (яркостта), така и за фазата на вълната на светлината, отразена от даден обект. След това алгоритмите реконструират сложните вълнови полета на светлината, отразена от наблюдавания обект, чрез програмно синхронизиране на данните от всички сензори, като по този начин реконструират изображението.

Демонстрацията тази технология позволи да се постигне субмикронна разделителна способност (на ниво микрометър и по-ниско) при заснемане от разстояние няколко сантиметра. Това е все едно да изучавате структурата на косъм от човешкото тяло от няколко метра разстояние. Тези, които някога са работили с оптичен микроскоп и проби с обективи с 40x и повече, ще го оценят. За медицината това ще улесни извършването на наблюдения върху човешкото тяло и органи, които досега изискваха рязане на тъкани.

Най-хубавото при технологията MASI е, че тя не изисква най-строго подреждане на сензорите и позволява линейно мащабиране. Постигането на по-голяма разделителна способност е много по-лесно само чрез добавяне на повече сензори към системата. Алгоритмите ще свършат останалото.

Приложенията на представената технология са широки – от здравеопазването и биологичните изследвания до контрола на качеството на продуктите в производството, криминалистиката и много други места, където е необходима висока оптична разделителна способност без скъпа оптика и сложно оборудване.