Микроскопия вышла за пределы возможного: учёные преодолели дифракционный предел
Оптическое разрешение микроскопов ограничено законами оптики — так называемым дифракционным пределом, что при большом увеличении также заставляет практически впритык располагать образцы под микроскопом. В то же время учёные осваивают визуализацию методом интерферометрии, например, наблюдая за чёрными дырами виртуальным телескопом Горизонта событий размерами с целую планету. С оптикой всё сложнее, но прорыв возможен и достижим.
Источник изображения: UConn
Так, исследователи из Университета Коннектикута (UConn) разработали новый оптический датчик изображения под названием Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI). Эта технология вдохновлена тем самым массивом телескопов Горизонта событий, который впервые сфотографировал чёрную дыру. Теперь похожая технология позволяет преодолевать фундаментальные оптические ограничения без использования линз и чрезвычайно сложной физической синхронизации массива отдельных оптических датчиков.
Технология MASI работает на основе массива программируемых сенсоров, размещённых или ориентированных на разные слои дифракционной плоскости. Каждый сенсор независимо захватывает сырые дифракционные паттерны света, содержащие информацию как об амплитуде (яркости), так и о фазе волны отражённого от объекта света. Затем алгоритмы восстанавливают сложные волновые поля отражённого от наблюдаемого объекта света, программно синхронизируя данные от всех сенсоров и, тем самым, воссоздают изображение.
В демонстрации эта технология позволила достигать субмикронного разрешения (на уровне микрометров и ниже) при съёмке с расстояния в несколько сантиметров. Это как изучать строение волоска на теле человека с расстояния пары метров. Кто хоть раз работал с оптическим микроскопом и образцами с объективами на 40 крат и выше — те оценят. Для медицины подобное облегчит проведение наблюдений на теле и органах человека, что ранее требовало среза тканей.
Самое важное в технологии MASI — она не требует строжайшего выравнивания датчиков и позволяет линейное масштабирование. Добиться большего разрешения намного проще всего лишь добавлением новых сенсоров в систему. Всё остальное сделают алгоритмы.
Применение представленной технологии обширное — от здравоохранения и биологических исследований до контроля качества продукции на производстве, криминалистики и много где ещё, где необходимо высокое оптическое разрешение без дорогой оптики и сложного оборудования.
