Optische microscopen die lenzen gebruiken om fotonen van objecten te laten weerkaatsen, hebben moeite om objecten op nanometerschaal te onderscheiden die kleiner zijn dan de golflengte van de beeldbundel, zoals eiwitten en DNA. Een innovatieve 'hyperlens' ontworpen door A*STAR kan optische diffractielimieten overwinnen door informatie met een hoge resolutie vast te leggen die wordt vastgehouden door kortstondige of verdwijnende golven die op de loer liggen in de buurt van het oppervlak van een doelwit.

Hyperlens-apparaten - samengesteld uit dunne stapels van afwisselende metalen en plastic lagen - hebben de vooruitzichten vergroot voor het vastleggen van levende biologische processen in actie met snelle optica. De sleutel tot hun werking zijn oscillerende elektronen, bekend als oppervlakteplasmonen, die resoneren met en de vluchtige golven versterken die verschijnen wanneer fotonen een vast object raken. De smalle golflengten van verdwijnende bundels geven een resolutie op nanoschaal aan afbeeldingen wanneer de hyperlens de afbeeldingen naar een standaardmicroscoop propageert.

Massaproductie van huidige hyperlenzen is echter tot stilstand gekomen vanwege hun ingewikkelde fabricage - er kunnen tot 18 verschillende laagafzettingen nodig zijn, elk met strenge eisen om signaalverslechtering te voorkomen. "Voor perfecte beeldvorming, deze lagen hebben een nauwkeurig gecontroleerde dikte en zuiverheid nodig, " zegt Linda Wu, van het A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology. "Anders, het is moeilijk om het object voldoende te vergroten zodat een conventionele microscoop het kan oppikken."

Wu en haar collega's stelden een ander type hyperlens voor die de noodzaak van meerdere interfaces in de lichtvoortplantingsrichting elimineert - een belangrijke bron van energieverlies en beeldvervorming. Het concept van het team integreert een halfronde reeks nanostaafjes in een centrale isolerende kern, waardoor de hyperlens een vorm krijgt die lijkt op een doornige zee-egel. Deze geometrie maakt efficiënter oogsten van verdwijnende golven mogelijk, evenals verbeterde beeldprojectie.

"Voor de geometrie van de zee-egel, de metalen structuren van nanoformaat komen in dezelfde richting uit als de voortplantingsrichting van het licht, en ze zijn veel kleiner dan de golflengte van toegepast infrarood licht, " legt Wu uit. "Daarom 'ziet' het licht geen obstakels, en plant zich effectief en natuurlijk voort, zonder verlies."

De simulaties van de onderzoekers onthulden dat de stekelige hyperlens de complexe golfinformatie kon scheiden in zijn componentfrequenties, en stuur deze gegevens vervolgens naar de microscoop als een intens, gemakkelijk te herkennen band. Deze aanpak was ook efficiënt:het bleek in staat ingewikkelde objecten op te lossen, 50 tot 100 nanometer breed, zonder de noodzaak van nabewerking van afbeeldingen.

Wu merkt op dat het vervaardigen van hyperlenzen van zee-egels veel eenvoudiger zou moeten zijn dan structuren met meerdere lagen. "De metalen structuren van nanoformaat kunnen worden gevormd met behulp van poriën en sjablonen in flexibele lenzen, zonder echte groottebeperkingen, " zegt ze. "Deze hyperlens zou een belangrijk hulpmiddel kunnen zijn voor realtime biomoleculaire beeldvorming."