La TU Wien sviluppa un microscopio per campioni ultrasensibili
Come si può produrre la migliore immagine possibile al microscopio senza distruggere il campione? Un nuovo trucco consente di ottenere immagini delicate con la massima qualità.
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Chiunque abbia mai scattato una foto conosce il problema: se si vuole un'immagine dettagliata, occorre molta luce. In microscopia, tuttavia, una quantità eccessiva di luce è spesso dannosa per il campione, ad esempio per l'imaging di strutture biologiche sensibili o per lo studio di particelle quantistiche. L'obiettivo è quindi quello di raccogliere il maggior numero possibile di informazioni sull'oggetto in osservazione con una determinata quantità di luce.
Il nuovo tipo di microscopio fa viaggiare la luce in cerchio. In questo modo può interagire più volte con il campione.
© TU Wien
In collaborazione con l'Università di Vienna e l'Università di Siegen (Germania), i ricercatori della TU Wien hanno sviluppato un nuovo trucco per raggiungere questo obiettivo: immagazzinare la luce in un risonatore in cui si trova anche il campione. Ciò consente di ottenere un segnale più chiaro rispetto ad altri metodi. La tecnica è stata presentata sulla rivista Nature Scientific Reports.
Un segnale migliore grazie alla diffusione multipla della luce
"In un microscopio normale, la luce colpisce una volta il campione e poi entra in una lente", spiega Maximilian Prüfer, che ha condotto lo studio nell'ambito della sua borsa di studio Esprit della FWF presso l'Istituto di ricerca atomica della TU Wien. "Nel nostro microscopio, collochiamo il campione in un risonatore ottico, tra due specchi".
Per trasformare questo risonatore in un microscopio, il team ha sviluppato un'insolita configurazione sperimentale con lenti aggiuntive: dopo che il fascio di luce ha attraversato il campione, viene guidato in un cerchio e colpisce nuovamente il campione. "Ora il campione viene illuminato di nuovo, ma non con un fascio di luce normale e uniforme come all'inizio, bensì con un fascio di luce che contiene già l'immagine del campione, per così dire", spiega Oliver Lueghamer (TU Wien), che ha costruito il microscopio come parte della sua tesi di master.
Come un francobollo che viene premuto più volte sullo stesso punto, producendo un'immagine chiaramente visibile anche con un inchiostro debole, l'immagine del campione diventa sempre più chiara man mano che compie diversi giri nel microscopio.
Sia i calcoli teorici, sviluppati in collaborazione con Thomas Juffmann (Università di Vienna) e Stefan Nimmrichter (Università di Siegen), sia gli esperimenti dimostrano che questo metodo fornisce più informazioni di altre tecniche di microscopia a una determinata intensità luminosa. "Il dato fondamentale è il rapporto segnale/rumore", spiega Maximilian Prüfer. "Questo rapporto è migliore rispetto ad altri metodi grazie alla diffusione multipla con lo stesso disturbo del campione".
Stabile anche con piccoli disturbi
Tuttavia, l'idoneità pratica del nuovo metodo dipende anche dalla sua sensibilità ai disturbi: "Quando si utilizzano risonatori ottici, come facciamo noi, è spesso importante mantenere la loro lunghezza estremamente costante", spiega Maximilian Prüfer.
"Normalmente, bisogna fare un grande sforzo per assicurarsi che la distanza tra i due specchi vari solo minimamente, altrimenti si perde l'effetto desiderato. Con il nostro metodo, invece, non è così".
La distanza tra gli specchi può anche presentare una certa instabilità senza che il miglioramento scompaia. "Questo è importante perché significa che il metodo non solo funziona in teoria, ma può anche essere utilizzato in pratica con uno sforzo gestibile", afferma Prüfer.
Uno degli obiettivi della nuova tecnica di microscopia è quello di fotografare i condensati di Bose-Einstein ultrafreddi e studiare così il loro comportamento fisico quantistico.
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