Nanomicroscoop met licht

Het basisidee achter nanotechnologie is dat het mogelijk moet zijn, als de chemische samenstelling en het driedimensionale bouwplan van een stof bekend is, deze stof te maken door de juiste bouwstenen op de goede plaats samen te voegen.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
Tammy
Forumbeheerster
Berichten: 60029
Lid geworden op: 04 feb 2005, 18:20

Nanomicroscoop met licht

Bericht door Tammy » 22 mar 2011, 16:07

De elektronenmicroscoop krijgt er een stevige concurrent bij. Opticus Allard Mosk van de Universiteit Twente heeft een techniek ontwikkeld om met een goedkope omgebouwde lichtmicroscoop details tot minder dan honderd nanometer, enkele honderden atomen breed, te ontwaren. Komt goedkope laboratoriumapparatuur voor de Derde Wereld dichterbij?

Duivels dilemma.

Zichtbaar licht heeft golflengtes van vierhonderd tot zevenhonderd nanometer. Dat betekent dat hoe we ook ons best doen, we hiermee geen details kleiner dan vierhonderd nanometer kunnen zien. Licht buigt domweg om kleinere voorwerpen heen. Daarom moeten voor kleinere afmetingen andere dingen dan zichtbaar licht worden gebruikt. De nieuwste chips worden bijvoorbeeld gebakken met behulp van ultraviolette straling of zelfs röntgenstraling met een golflengte van enkele tientallen nanometers. Elektronen bieden een nog scherpere resolutie. Kwantummechanisch gezien hoort bij elk deeltje (zoals een elektron) een golf. Hoe zwaarder of energierijker het deeltje, hoe korter de golf. Bij elektronen praten we dan over groottes kleiner dan een nanometer. Helaas zijn elektronenmicroscopen peperdure en nogal logge apparaten, hoewel er tegenwoordig modellen zijn die op een bureautafel geplaatst kunnen worden. Ook zijn zowel röntgenstraling als elektronen nogal destructief. Levende organismen zijn hierdoor out of the question. Vervelend, want juist deze herbergen nog veel raadsels op nanoschaal.



Kijken op nanoschaal.

Met de ontdekking door opticus Allard Mosk van de universiteit Twente lijkt hieraan een einde gekomen te zijn. Het blijkt namelijk dat door het oppervlak van de lens op een bijzondere manier te etsen, met de golf veel kleinere details waar zijn te nemen dan volgens de klassieke optica mogelijk is. Mosk slaagde er in om met laserlicht van 561 nm golflengte details van 97 nm zichtbaar te maken, bijna zes keer kleiner dan optisch mogelijk dus. Het systeem werkt door gebruik te maken van verstrooiing. Laserlicht bestaat uit licht dat exact in fase is. Kleine verstoringen, ook obstakels van enkele nanometers groot, verstoren dit en leiden tot diffractiepatronen.

Bouw van de nanomicroscoop.

Mosk maakt gebruik van een systeem in twee stappen. In de eerste fase wordt laserlicht door een lens met een onregelmatig, oneffen oppervlak verstrooid. Dit licht vormt een oneffen diffractiepatroon dat wordt uitvergroot, door een lichtgevoelige CCD-chip wordt opgevangen en teruggerekend naar de vorm van de oorspronkelijke bundel. Nu het diffractiepatroon exact bekend is, kan aan de hand daarvan worden berekend hoe de ruimtelijke lichtmodulator moet worden aangepast om de lichtbundel zich te laten concentreren in een brandpunt. De microscoop is vanaf dan klaar voor gebruik.

Gebruik zonder al te veel bewegende onderdelen.

Als een object in het brandpunt geplaatst. Van dit object kunnen hierdoor details ruim onder de honderd nanometer worden waargenomen. Door de objecten punt voor punt te scannen krijgt een microscopist een driedimensionaal beeld van het object met een zeer hoge resolutie. Door de lichtmodulator aan te passen kan het brandpunt namelijk worden verschoven. Mosk en de zijnen verwachten met deze proefopstelling de brandpuntsgrootte te kunnen laten dalen tot 72 nm.

Toepassingen.

Deze techniek is erg goedkoop en zeer breed toe te passen. Niet alleen zal het kunnen leiden tot een kleine revolutie op microbiologisch terrein, ook is de techniek uitstekend te gebruiken voor het etsen van nanostructuren. Voor massafabricage is de techniek weliswaar minder geschikt, maar er kunnen natuurlijk wel zeer nauwkeurige mallen op nanoschaal mee kunnen worden uitgeëtst. Wordt gekozen voor ver-ultraviolet met golflengtes tot tien nanometer, dan kan de resolutie (afhankelijk van wat de minimale golflengte is die nog volledig verstrooid kan worden door een UV-equivalent van een ruwe grenslaag) zelfs nog veel meer omhoog. Kortom: deze doorbraak brengt de nanowereld veel dichterbij, op den duur zelfs voor de gewone man en vrouw.

Afbeelding
De nanometermicroscoop in actie. Laserlicht wordt verstrooid en vervolgens met de lichtmodulator zo geconcentreerd, dat er een optisch onmogelijk scherp brandpunt ontstaat. Door het object met dit brandpunt af te tasten, ontstaat een 3D beeld op nanoschaal.


Bronnen
Universiteit Twente
Arxiv
Arxiv Blog

Somewhere, something incredible is waiting to be known.

Carl Sagan.

Plaats reactie