211service.com
Første biologiske superlinse skabt med edderkoppesilke
Tilbage i 1873 opdagede den tyske fysiker Ernst Abbe en fundamental grænse for ydeevnen af billeddannelsessystemer såsom mikroskoper eller kameralinser. Disse systemer kan simpelthen ikke løse funktioner, der er mindre end en kritisk størrelse bestemt af lysets bølgelængde.
For synligt lys er denne opløsningsgrænse omkring 200 nanometer; noget mindre kan ikke løses. Det inkluderer vira, funktioner inde i celler såsom mikrotubuli og DNA-molekyler, selv rillerne på en standard Blu-ray DVD-disk.
Men i de senere år har fysikere opdaget en vej rundt om Abbes grænse. Når lyset preller af et objekt, diffrakterer det og forstyrrer, hvilket medfører, at alle fine detaljer går tabt. For synligt lys foregår denne proces i de første få nanometer fra overfladen.
Vejen rundt om Abbes grænse er at registrere mønsteret af reflekteret lys, før det forstyrrer. Dette såkaldte nærfelt- eller flygtige lys indeholder alle de fine detaljer. Tricket er at finde en måde at transmittere dette nærfeltslys ud over dets sædvanlige rækkevidde.
Og det er præcis, hvad fysikere har gjort. De har opdaget forskellige eksotiske stoffer, der kan transmittere nærfeltslys. Placer en af disse i kontakt med overfladen, der skal afbildes, og den kan overføre lyset til et konventionelt billeddannelsessystem. Et sådant materiale er kendt som en superlinse.
Disse superlinser er naturligvis små, men også ofte sarte og vanskelige at lave. Hvad mere er, har de en tendens til kun at arbejde ved specifikke lysfrekvenser. Så det er en vigtig opgave at finde nye robuste, der fungerer med hvidt lys.
I dag viser James Monks og venner fra Bangor University i Wales, at edderkoppesilke er i stand til at opløse detaljer i hvidt lys, der er mindre end Abbes opløsningsgrænse. Deres arbejde er den første demonstration af en biologisk superlinse.
Teknikken er ligetil. Holdet begynder med silke spundet af Nephila edulis, en stor edderkop bedre kendt som Australian Golden Orb Weaver. Dette producerer silke omkring 6.800 nanometer i diameter, som det væver ind i et væv omkring en meter på tværs.
Silke er gennemsigtig og cylindrisk i strukturen, en form, der gør det muligt at fokusere lyset. Og fordi den er lille, fokuserer den på nanometerskalaen, som matcher nærfeltslys.
Munke og co lægger simpelthen en tråd af denne edderkoppesilke hen over en Blu-ray DVD-disk, oplyser den med hvidt lys og fotograferer den gennem et standard 100x mikroskopobjektiv.
Overfladen af denne disk består af kanaler, der er 200 nanometer brede, hver adskilt med en afstand på 100 nanometer.
Det er mindre end et optisk mikroskop normalt kan løse ved hjælp af hvidt lys. Så enhver detalje, der viser disse kanaler, er et klart bevis på, at edderkoppesilken fungerer som en superlinse.
Billederne viser præcis disse detaljer. Dette giver bevis på edderkoppesilkens superopløsningsevne til at overvinde den optiske diffraktionsgrænse, siger Monks og co. Dette er det første biologiske superlinsesystem, der med succes har overvundet diffraktionsgrænsen.
Det er interessant arbejde, ikke mindst fordi edderkoppesilke er let at få fat i, fantastisk fleksibelt og enormt robust. Det betyder, at den kan bruges i en lang række situationer.
Munke og co foreslår at køre silken frem og tilbage for at skabe et todimensionelt array, som kunne indkapsles i et gennemsigtigt medium, såsom et bånd af en slags. Dette kan derefter placeres på enhver prøve, der skal løses.
Det er klart, at biologiske superlinser har et betydeligt potentiale for fremtiden.
Ref: arxiv.org/abs/1604.08119 : Spider Silk: The Mother Nature's Biological Superlins