Квантов микроскоп с пробив в яснотата на изображенията

Новият квантов микроскоп, разработен от австралийски учени, в действие
(снимка: The University of Queensland)

Австралийски изследователи демонстрираха квантов микроскоп, който може да пробие основната бариера, налична пред обикновените микроскопи, и да види свръх-малки структури, които обикновено са невидими. Устройството „изстисква” светлина, за да заснема изображения с далеч по-голяма яснота от досега възможното.

Оптичните микроскопи работят чрез излъчване на светлина върху пробата, но фотоните в тази светлина могат да бъдат произволни, създавайки шум в изображенията, обясняват физиците. Най-простият начин за справяне с проблема е увеличаването на интензивността на източника на светлина. Така нараства и броят на фотоните.

Ала в определен момент ярката светлина започва да вреди на пробата, особено когато изобразява живи клетки и микроорганизми. Това създава фундаментална граница на разделителната способност и чувствителността. Сега обаче изследователите от Университета в Куинсланд са намерили начин да заобиколят тази граница, докосвайки се до призрачния свят на квантовата физика.

Новият микроскоп използва два лазерни източника на светлина, единият от които се пренасочва през кристал от калиев титанил-фосфат. По същество това създава квантови корелации между двойки фотони в светлинния лъч. Подходът позволява на лъчите да връщат повече информация за пробата, отколкото „обикновените” фотони. Крайният резултат са изображения с по-висока разделителна способност от по-ниска интензивност на светлината.

„Най-добрите светлинни микроскопи използват ярки лазери, които са милиарди пъти по-ярки от Слънцето”, казва Уорик Боуен, водещ автор на изследването. „Крехките биологични системи като човешка клетка могат да оцелеят съвсем кратко време при такива условия и това е голяма пречка. Квантовото подобрение в нашия микроскоп осигурява 35 процента по-добра яснота, без да разрушава клетката, което ни позволява да виждаме дребни биологични структури, които иначе биха били невидими”.

Учените са тествали техниката върху дрождени клетки и са успели да видят малки структури като клетъчната мембрана, цитозола (течността вътре в клетката) и органелите. Всички те се явяват с много по-голяма яснота, отколкото при повечето микроскопи.

Колкото и да е интригуваща технологията, тя все още се нуждае от редица подобрения. Екипът казва, че сравнителното предимство е относително малко, а техниката все още е относително неефективна, но с по-нататъшни мерки за усъвършенстване все пак параметрите ще се подобрят с порядъци.