Door microscopen te voorzien van een dun glaasje met witte verf, kan het veel meer details zien.
Allard Mosk, Ad Lagendijk en Ivo Vellekoop (van het MESA+-instituut aan de Universiteit Twente en het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam) presenteren in Nature Photonics een vinding die zou kunnen resulteren in een verrassend type ‘leesbril’ voor lichtmicroscopen. De leesbril is geen lens, maar een flinterdun laagje witte verf.
De absolute grens voor de resolutie van een lichtmicroscoop ligt rond de 0,25 micrometer (0,0025 millimeter). Nog kleinere details zijn niet scherp te krijgen, omdat die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht. Maar slechts de allerduurste microscopen benaderen die grens, en dan nog alleen als het preparaat perfect vlak is, zodat de afstand tussen lens en preparaat vrijwel nul gemaakt kan worden.
De lenzen van betaalbare microscopen moeten altijd enige afstand houden en door een relatief klein gaatje kijken om scherp beeld te kunnen vormen, waardoor hun resolutie slechter is. Dit is vergelijkbaar met cameralenzen: dure lenzen hebben een groter maximaal diafragma dan goedkope. In de microscopie spreekt men van de apertuur van lenzen.
Maar hoe kan kijken door matglas dit verbeteren? Mosk: “Witte verf verstrooit licht zeer sterk, het is daar juist voor geoptimaliseerd. Die verflaag werkt eigenlijk als een verzameling microscopische spiegeltjes die het licht in willekeurige richtingen weerkaatsen. Hoe sterker de verstrooiing, des te beter, wat ons betreft.”
Doorkijk-microscoop
In de beoogde microscoop die met verstrooid licht werkt, gaat het licht niet vanaf het preparaat de microscoop in, maar andersom. Mosk: “Dit zal geen doorkijk-microscoop zijn. Het lijkt meer op een scanner, die dus een plaatje op een computerscherm oplevert.”
De wetten van de optica, en dus de grenzen aan de resolutie, veranderen daar echter niet door; het probleem wordt nu, om met een zo groot mogelijke apertuur een optimaal gefocuste lichtbundel op het preparaat te richten.
Zonder speciale maatregelen is het effect van kijken door een doorschijnend laagje witte verf bekend: het beeld wordt juist waziger. Het blijkt echter mogelijk, om met een feedback-mechanisme de lichtbron pixel voor pixel exact af te stemmen op de toevallige configuratie van de ‘spiegeltjes’ in de verflaag, zodat beide effecten elkaar exact opheffen. De lichtbron werpt dan een grote lichtvlek op het verflaagje – dat ver uit focus ligt. Maar het bijna miraculeuze netto-effect van alle micro-spiegeltjes gezamenlijk is dat de lichtbundel vlak achter de verflaag focusseert (zie ook NWT juli/augustus 2009, pg. 60).
Er is nu wel degelijk een slag gewonnen: de combinatie van lens plus verflaag gedraagt zich optisch als een lens met een apertuur zo groot als de lichtvlek op de verflaag, die net zo dicht op het preparaat staat als de verflaag. Dit glaasje met verf hoeft maar enkele micrometers dik te zijn, en kan daardoor heel dicht op het preparaat worden gelegd.
Mosk en zijn collega’s hopen op basis van dit principe een scannende microscoop te bouwen die veel goedkoper is, maar dezelfde prestaties levert als de allerduurste lichtmicroscoop nu. Mosk: “Er zijn nog wel wat technische uitdagingen , maar we hebben nu aangetoond dat het principe werkt, en ik zie niets wat ons nog in de weg staat om hem ook echt te bouwen.”
Arnout Jaspers
