超清晰影片相機記錄奈米粒子的運動

電子顯微鏡解析度,適用於快速簡易的工業應用

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具有奈米解析度的電子顯微鏡被廣泛使用,但它們成本數百萬美元,並且製備用於觀察的樣品非常繁瑣。這種情況對於實驗室來說還可以,但對於工業應用來說是不切實際的——例如,快速掃描產品樣品以尋找嵌入的微觀水印。

紐約大學物理學家大衛·格里爾和他的同事開發的一種新型全息顯微鏡可以提供解決方案。他們從一臺現成的蔡司顯微鏡開始,並用雷射光源替換了其白熾燈光源。雷射照射在研究材料的樣品上;光線從樣品散射出來,並在雷射束和散射光之間產生二維干涉圖案——全息圖——影片相機記錄下該全息圖。

科學家們製作微觀物體的全息圖已經幾十年了,但從中提取有用的資訊一直很困難。 這正是格里爾發明的價值所在。他的團隊編寫了能夠快速求解描述光線如何從球形物體散射的方程的軟體;透過找到埋藏在這些方程中某些項的值,該軟體可以收集有關引起散射的物體的資訊。顯微鏡的奈米解析度將使研究人員能夠使用成本至少是電子顯微鏡十分之一的裝置,跟蹤漂浮在膠體溶液中的粒子(例如,漂浮在油漆樣品中的奈米級微珠)。


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格里爾希望他的裝置將為快速、經濟地瞥見現代產品核心的單個粒子提供第一種方法。想象一下油漆桶或洗髮水瓶,其中每一滴都包含編碼了產品製造歷史的粒子——它是如何製造的,在哪個工廠以及何時製造的,“有點像指紋”,格里爾說。他補充說,顯微鏡也可以輕鬆讀取印在藥物、炸藥或其他商品上的分子資訊。

更多探索

用於細胞內遞送的無載體微流控平臺。 阿蒙·謝里等人,《美國國家科學院院刊》,第110卷,第6期,第2082–2087頁;2013年2月5日。http://www.pnas.org/content/110/6/2082.full

用於全息跟蹤的快速特徵識別:定向對齊變換。 巴斯卡·喬蒂·克里希納特雷亞和大衛·G·格里爾,《光學快報》,第22卷,第11期,第12,773–12,778頁;2014年6月2日。

無眼鏡顯示:利用計算光場顯示校正視覺像差。 黃富鍾等人,《ACM 圖形學彙刊》,第33卷,第4期,文章編號:59;2014年7月。

來自我們的檔案

改變世界的想法。 2013年12月。

本·福格爾森美國科學促進會大眾傳媒研究員,今年夏天在《大眾科學》撰寫科學文章。他正在加州大學戴維斯分校攻讀應用數學博士學位。

更多作者:本·福格爾森
大眾科學 Magazine Vol 311 Issue 6這篇文章最初以“奈米粒子的影片相機”為標題發表在《大眾科學》雜誌 第311卷第6期(),第53頁
doi:10.1038/scientificamerican1214-53b
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