เทคนิคการสร้างภาพด้วยแสงแบบไม่ใช้ฉลากแบบใหม่โดยใช้แสงที่ไม่กระจัดกระจายสามารถตรวจจับอนุภาคนาโนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 นาโนเมตรได้ เทคโนโลยีนี้เอาชนะข้อ จำกัด หลายประการของวิธีการขั้นสูงอื่น ๆ ในการถ่ายภาพอนุภาคขนาดเล็ก และนักพัฒนาที่มหาวิทยาลัยฮูสตันและศูนย์มะเร็งเอ็มดีแอนเดอร์สันแห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัสในสหรัฐอเมริกากล่าวว่า
อาจใช้ในการศึกษาไวรัสและโครงสร้างอื่น ๆ ในระดับโมเลกุล
การถ่ายภาพวัตถุระดับนาโนด้วยเทคนิคทางแสงนั้นทำได้ยากด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ขนาดที่เล็กของวัตถุหมายความว่าพวกมันกระจายแสงเล็กน้อย ทำให้แยกความแตกต่างออกจากพื้นหลังได้ยาก ประการที่สอง วัตถุนาโนแต่ละชิ้นภายในกลุ่มที่ปิดสนิทมักจะถูกแยกจากกันด้วยระยะทางที่เล็กกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของแสงที่มองเห็นได้ (ประมาณสองสามร้อยนาโนเมตร) ทำให้ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการทั่วไป
พลาสมอนพื้นผิวในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้พัฒนาเทคนิคที่ช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น วิธีการต่างๆ เช่น การถ่ายภาพด้วยคลื่นโซแนนซ์พลาสมอนเรโซแนนซ์ (SPRI) และการถ่ายภาพด้วยเรโซแนนซ์พลาสมอนพื้นผิวเฉพาะที่ (LSPRI) อาศัยการแพร่กระจายพลาสมอนที่กระตุ้นด้วยแสงมากกว่าโฟตอน Plasmons เป็นการสั่นโดยรวมของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าบนพื้นผิวของอนุภาคนาโน และพวกมันยอมให้อนุภาคทำตัวเหมือนเสาอากาศขนาดเล็ก: ดูดซับแสงที่ความถี่เรโซแนนซ์บางค่าและถ่ายโอนไปยังโมเลกุลใกล้เคียงอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้พวกมันส่องแสงสว่างขึ้น
วิธีการที่ใช้พลาสมอนเหล่านี้ทำงานโดยการตรวจจับ
การเปลี่ยนแปลงนาทีในดัชนีการหักเหของแสงของวัตถุที่วางบนฟิล์มบางที่เป็นโลหะ เนื่องจากวัสดุส่วนใหญ่มีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงกว่าตัวกลาง (โดยปกติคือน้ำหรืออากาศ) SPRI จึงสามารถตรวจจับคุณสมบัติของวัตถุได้โดยไม่ต้องติดฉลากด้วยตัวติดตาม เช่น สีย้อมเรืองแสงที่ใช้เป็นประจำในการถ่ายภาพด้วยแสงแบบทั่วไป
อย่างไรก็ตาม SPRI ยังคงได้รับผลกระทบจากความละเอียดที่จำกัดการเลี้ยวเบนในทิศทางข้ามกลุ่มตัวอย่าง นี่เป็นเพราะธรรมชาติของคลื่นแพร่กระจายของพลาสมอนบนพื้นผิวซึ่ง “ทำให้เกิดรอยเปื้อน” ของภาพ LSPRI ดีกว่าในแง่นี้เพราะอาศัยพลาสมอนผิวที่ไม่แพร่กระจาย ซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในโครงสร้างนาโนที่เป็นโลหะและอนุภาคนาโนที่มีขนาดใกล้เคียงกัน (หรือเล็กกว่า) ความยาวคลื่นของแสงที่ใช้กระตุ้นพวกมัน
จนถึงขณะนี้ นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้ LSPRI ร่วมกับกล้องจุลทรรศน์สนามมืด ซึ่งรวบรวมเฉพาะแสงที่กระจัดกระจายโดยตัวอย่างไปยังกรวยที่อยู่ตรงกลางรอบแกนแสงของเครื่องมือ แม้ว่าแสงที่กระจัดกระจายนี้จะสร้างภาพที่สว่างของคุณสมบัติของตัวอย่าง ตรงกันข้ามกับพื้นหลังสีเข้ม แต่เทคนิคนี้มักส่งแสงไม่เพียงพอ ซึ่งหมายความว่ามันสามารถ “พลาด” คุณสมบัติบางอย่างและ “ตาบอด” กับสิ่งใดก็ตามที่อยู่นอกการตรวจจับระยะใกล้
การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของแสงที่ไม่กระจัดกระจายที่ส่งผ่าน
เทคนิคใหม่ที่พัฒนาโดยWei-Chuan Shihจากมหาวิทยาลัยฮูสตันและเพื่อนร่วมงาน ได้กล่าวถึงปัญหาที่กำลังทำลาย SPRI และ LSPRI รู้จักกันในชื่อ PANORAMA (สำหรับ PlAsmonic NanO-apeRture lAbel-free iMAging) โดยใช้สไลด์แก้วที่หุ้มด้วยแผ่นนาโนทองคำ การตั้งค่านี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของแสงที่ไม่กระจัดกระจายที่ส่งมาจากตัวอย่าง (ในงานนี้ กลุ่มของโพลีสไตรีนนาโนสเฟียร์) ผ่านสไลด์ จึงสามารถกำหนดลักษณะของตัวอย่างได้ เช่น จำนวนอนุภาคในตัวอย่าง และขนาดของอนุภาคแต่ละตัว
ด้วย PANORAMA Shih ตั้งข้อสังเกตว่าไม่จำเป็นต้องติดฉลากตัวอย่างเนื่องจากเทคนิคนี้ไม่ต้องอาศัยการตรวจจับแสงที่กระจัดกระจายจากอนุภาคนาโน ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้ช่องแสงแบบมาตรฐานซึ่งพบได้ทั่วไปในห้องปฏิบัติการใดๆ ซึ่งหมายความว่าสามารถถ่ายภาพทุกสิ่งภายในระยะโฟกัสของวัตถุได้พร้อมๆ กันด้วยแหล่งกำเนิดหลอดไฟแบบทังสเตน-ฮาโลเจนเพียงตัวเดียวและกล้องตัวเดียว เขาอธิบาย
Plasmonic tweezer array ดักจับอนุภาคขนาดเล็ก ตามชื่อของมัน เทคนิคใหม่นี้ยังให้มุมมองแบบพาโนรามาของตัวอย่างทั้งในทิศทางด้านข้างและตามยาว โดยเอาชนะการขาดความลึกของการถ่ายภาพทั้งใน SPRI และ LSPRI และการสุ่มตัวอย่างด้านข้างไม่เพียงพอใน LSPRI Shih กล่าวเสริม วิธีการแบบสนามสว่างยังให้ปริมาณแสงที่สูงกว่ามากเมื่อเทียบกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้กล้องส่องทางไกลแบบมืด เล็กกว่า 25 นาโนเมตร?นักวิจัยคิดว่าความละเอียดของเทคนิคอาจน้อยกว่า 25 นาโนเมตรด้วยซ้ำ พวกเขาบอกว่าหยุดที่ขนาดนี้เพียงเพราะนั่นเป็นอนุภาคนาโนพอลิสไตรีนที่เล็กที่สุดที่พวกเขาสามารถซื้อได้
ทีมงานซึ่งรวมถึงนักวิจัย Nareg Ohannesian และ Ibrahim Misbah ในฮูสตันและ Steven Lin ที่ศูนย์มะเร็ง MD Anderson Cancer Centerมีแผนที่จะใช้ PANORAMA เพื่อวิเคราะห์อนุภาคนาโนชีวภาพเดี่ยวที่ทำหน้าที่ได้ (เช่น โปรตีน ไวรัส และ exosomes นอกเซลล์) สำหรับการใช้งานในการวินิจฉัย
ในกรณีของโฟตอน การป้องกันเชิงทอพอโลยีสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อโฟตอนเดินทางผ่านตัวกลางถูกควบคุมเพื่อให้การหมุนของพวกมัน “ล็อค” ไปยังทิศทางการแพร่กระจายเฉพาะ สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการควบคุมการโต้ตอบระหว่างโมเมนตัมเชิงมุมการหมุนของลำแสง (โพลาไรซ์แบบวงกลม) กับโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร เมื่อเดินทางผ่านวัสดุบางอย่าง คิดว่าสามารถจัดการลำแสงแบบเกาส์เซียนเพื่อให้โหมดการกระเจิงของมันเป็นแบบเลือกสปิน
Credit : aquilaadalberti.net arranjosdecosturatetyana.com arsdual.net asdcrecords.net attritionconsortium.com
