Wat doen schepen, vleermuizen en torpedo's gemeen hebben? Ze navigeren door geluidsgolven uit te zenden en te luisteren waar die worden geabsorbeerd of gereflecteerd. Mensen doen hetzelfde met lichtgolven, behalve dat ze voor de oorspronkelijke emissie afhankelijk zijn van externe bronnen zoals de zon. Maar als je kijkt naar iets dat zo klein is als een enkel molecuul, wordt dit problematisch, als lichtgolven, om nog maar te zwijgen van geluidsgolven, groter zijn dan het object zelf.

Twee lichtstralen

In 2010, Leids natuurkundige Michel Orrit was de eerste die losse organische moleculen bij kamertemperatuur optisch in beeld bracht zonder gebruik te maken van fluorescentie. Nutsvoorzieningen, hij en zijn groep hebben hun techniek veel gevoeliger gemaakt, waardoor ze hun interessante objecten - lichtgevoelige geleidende polymeermoleculen - van alle groottes in beeld kunnen brengen. Net als vleermuizen, ze controleren hun eigen bron van golven en gebruiken verschillende frequenties. Hun eerste lichtstraal heeft een specifieke kleur die alleen de beoogde moleculen kunnen absorberen. Hierdoor warmen ze een beetje op. En door thermische uitzetting verandert dit de brekingsindex van de omringende vloeistof, zodat een tweede straal anders wordt verstrooid op de exacte plaatsen waar de moleculen van belang zich verbergen.

Kritieke vloeistof

Nog altijd, dit is makkelijker gezegd dan gedaan. Geleidende polymeren worden snel beschadigd door licht, dus wetenschappers moeten uiterst voorzichtig zijn om alleen zeer lage intensiteiten te gebruiken. Maar die zijn lang niet sterk genoeg voor de techniek van absorberen en verwarmen in gewone vloeistoffen. Gelukkig, zogenaamde kritische vloeistoffen zijn buitengewoon gevoelig voor temperatuurveranderingen binnen een klein temperatuurbereik. In dat regime zelfs de geringste verwarmingskracht zal de brekingsindex van de vloeistof in grote mate veranderen. Dus gebruikte Orrit kritische vloeistoffen en zorgde ervoor dat temperatuur en druk tijdens hun experiment nauwkeurig werden ingesteld.

Vind ze allemaal

"Tot nu toe konden we de grootste polymeermoleculen alleen door absorptie in beeld brengen, " zegt Orrit. "Maar vanwege onze gevoeligheidsverbetering, we kunnen ze allemaal lokaliseren. En dit geeft ons ook informatie over de helderheid van elk molecuul. Dat is heel belangrijk als je hun opto-elektronische toepassingen wilt optimaliseren."