Onderzoekers van Penn State ontwikkelen een nieuw type beeldvorming waarvoor geen lens nodig is en die herconfigureerbare maskers op basis van deeltjes gebruikt om meerdere opnamen van een object te maken. De elektrisch veldgerichte zelfassemblerende maskertechnologie zal naar verwachting worden gebruikt bij goedkopere en snellere ziektediagnose, de verbetering van optische microscopie, en kan zelfs leiden tot dunnere mobiele telefoontechnologie.

Hoe het werkt

De onderzoekers maken een masker van microscopisch kleine gouddraadjes en plaatsen dit in de buurt van het object dat wordt afgebeeld. Het masker verstrooit het licht dat door het object wordt weerkaatst en een beeldsensor vangt het licht op. Een elektrische stroom herschikt de deeltjes in het masker, bij elke iteratie een nieuw masker produceren, en het systeem registreert elk nieuw beeld. De meerdere lichtopnames worden vervolgens computationeel gereconstrueerd tot het originele objectbeeld, wat resulteert in een sterk verbeterde resolutie en kwaliteit.

"We zijn niet de enige groep die lensloze beeldvorming doet, " legde Jennifer Miller uit, een promovendus in de chemie en een eerste auteur van een paper dat onlangs online is gepubliceerd in ACS Nano . "Wat anders is aan ons werk, is dat je normaal gesproken meerdere maskers moet maken en ze fysiek moet verplaatsen om meerdere afbeeldingen te krijgen. Dit wordt omvangrijk en duur en doet een deel van de eenvoud teniet die het voordeel is van lensloze beeldvorming."

In typische microscopie, er een afweging bestaat tussen het gezichtsveld en de kracht van de resolutie, dus een 10x veld is breder dan een 100x veld. Door gebruik te maken van een lensvrije beeldtechnologie, het is mogelijk om een ​​breed gezichtsveld te combineren met een hoge vergroting voor goedkopere beelden en snellere diagnose van ziekte. Dit kan vooral handig zijn in ontwikkelingslanden waar geen high-end microscopen beschikbaar zijn.

"Traditionele maskers zijn passief, " zei co-eerste auteur Cheng-Yu Wang, promovendus in de elektrotechniek. "We kunnen functionalisering toevoegen aan onze microdraad, zoals polarisatie, selectiviteit en plasmonische effecten, die ons beeldsysteem krachtiger maken."

In het geval van mobiele telefoons, een belangrijke bijdrage aan hun omvang is te wijten aan het feit dat de cameralens een bepaalde afstand tot de detector moet hebben. Een lensloze camera kan helpen om de benodigde ruimte te minimaliseren. Hetzelfde, een lensvrij systeem dat aan een mobiele telefoon wordt toegevoegd, kan de mobiele telefoon in een microscoop met laag vermogen veranderen.

Samen met Miller en Yang, senior auteurs op de ACS Nano papier, "Op deeltjes gebaseerde herconfigureerbare verstrooiingsmaskers voor lensloze beeldvorming, " zijn Christine Keating, voorname hoogleraar scheikunde, en Zhiwen Liu, hoogleraar elektrotechniek.