Физики из России и Китая создали миниатюрную линзу, которая позволяет увеличить разрешение уже существующих наноскопов в 10 раз и поможет увидеть мелкие вирусы и другие объекты размером до пяти нанометров. Результаты расчетов ученых были представлены в журнале.

«Такие микросферы с углублением представляют интерес не только для оптической микроскопии, но и для нанолитографии, синтеза новых материалов, оптических ловушек, наномодификации поверхности и других областей», — рассказывает Игорь Минин из Томского политехнического университета.

На сегодняшний день существует несколько видов микроскопов, позволяющих наблюдать и изучать устройство объектов микромира. Первые оптические микроскопы появились в конце XVI века и на несколько столетий стали основным инструментом биологов, изучающих живые организмы.

Их разрешающая способность ограничена половиной длины самой короткой волны видимого света, примерно 200–300 нанометров. Этот предел препятствует изучению внутриклеточных процессов, так как большинство электронных микроскопов не способно работать с живыми клетками.

В последние несколько десятилетий физики и биологи научились обходить этот предел, используя различные трюки, позволяющие им «нарушать» законы физики и фокусировать свет. К примеру, ученые вводят в клетки и другие образцы различные вещества, светящиеся при облучении лазером, и анализируют то, как и где они вырабатывают свет для улучшения качества картинки.

Нечто похожего, как передает пресс-служба «Проекта 5–100», можно добиться, вставив в обычный оптический микроскоп миниатюрную сферу из высококачественного кварца. Если поместить ее в «правильную» точку, возникнет особый оптический феномен, так называемая «фотонная струя», которая позволяет дополнительно увеличить качество изображения.

Проблема, как отмечает Минин, заключается в том, что ученые достаточно быстро поняли, что толщину этой «струи» нельзя сделать меньше, чем треть от длины самой короткой волны видимого света. Это мешает наноскопам видеть объекты, чьи размеры не превышают пятидесяти нанометров, что не позволяет применять их для изучения вирусов и мелких архей.

«Мы из этого положения вышли следующим образом: в этой сфере мы сделали углубление по размеру меньше длины волны, и электромагнитное поле стало локализоваться в нем. Поэтому в данном случае вблизи поверхности сферы разрешение будет определяться диаметром углубления», — продолжает ученый.

Просчитывая свойства лунок разных форм, ученые подобрали такую конфигурацию этого отверстия, при которой оно превращалось в еще одну микролинзу, чья разрешающая способность зависела от размеров дыры. Чем она была меньше, тем выше было разрешение.

По словам Минина, добавление подобного «дефекта» в микросферу повысит разрешение наноскопов примерно в десять раз, что позволит им рассматривать отдельные структурные элементы вирусов и мелких одноклеточных организмов. Остается лишь проверить, совпадет ли это предсказание с практическими результатами.