Pierwsze biologiczne supersoczewki stworzone z jedwabiu pajęczego

Już w 1873 roku niemiecki fizyk Ernst Abbe odkrył fundamentalne ograniczenie wydajności systemów obrazowania, takich jak mikroskopy czy obiektywy aparatu. Systemy te po prostu nie są w stanie rozpoznać cech mniejszych niż rozmiar krytyczny określony przez długość fali światła.

Dla światła widzialnego ta granica rozdzielczości wynosi około 200 nanometrów; nic mniejszego nie może zostać rozwiązane. Obejmuje to wirusy, elementy wewnątrz komórek, takie jak mikrotubule i cząsteczki DNA, a nawet rowki na standardowej płycie Blu-ray DVD.

Ale w ostatnich latach fizycy odkryli sposób na obejście granicy Abbego. Ilekroć światło odbija się od obiektu, ugina się i interferuje, powodując utratę wszelkich drobnych szczegółów. W przypadku światła widzialnego proces ten zachodzi w ciągu pierwszych kilku nanometrów od powierzchni.

Sposobem na obejście limitu Abbego jest zarejestrowanie wzoru odbitego światła, zanim się zakłóci. To tak zwane światło bliskiego pola lub zanikające światło zawiera wszystkie drobne szczegóły. Sztuczka polega na znalezieniu sposobu na przepuszczanie tego światła bliskiego pola poza jego zwykły zasięg.

I to właśnie zrobili fizycy. Odkryli różne egzotyczne substancje, które mogą przenosić światło bliskiego pola. Umieść jeden z nich w kontakcie z powierzchnią, która ma być obrazowana, a może on przekazać światło do konwencjonalnego systemu obrazowania. Taki materiał jest znany jako supersoczewka.

Te supersoczewki są oczywiście małe, ale często też delikatne i trudne do wykonania. Co więcej, mają tendencję do działania tylko przy określonych częstotliwościach światła. Dlatego ważnym zadaniem jest znalezienie nowych, solidnych, które działają z białym światłem.

Dzisiaj James Monks i jego koledzy z Bangor University w Walii pokazują, że pajęczy jedwab jest w stanie rozwiązywać szczegóły w białym świetle mniejszym niż limit rozdzielczości Abbego. Ich praca jest pierwszą demonstracją biologicznej supersoczewki.

Technika jest prosta. Zespół zaczyna od jedwabiu przędzionego przez Nephila edulis, dużego pająka lepiej znanego jako australijski tkacz Golden Orb. W ten sposób powstaje jedwab o średnicy około 6800 nanometrów, z którego splata się sieć o średnicy około jednego metra.

Jedwab ma przejrzystą i cylindryczną strukturę, kształt pozwalający na skupienie światła. A ponieważ jest maleńki, skupia się w skali nanometrowej, która odpowiada skali światła bliskiego.

Mnisi i współpracownicy po prostu układają pasmo tego pajęczego jedwabiu na płycie Blu-ray DVD, oświetlają ją białym światłem i fotografują przez standardowy obiektyw mikroskopu 100x.

Powierzchnia tego dysku składa się z kanałów o szerokości 200 nanometrów, każdy oddzielony o 100 nanometrów.

To mniej niż mikroskop optyczny, który można normalnie rozróżnić przy użyciu białego światła. Zatem każdy szczegół pokazujący te kanały jest wyraźnym dowodem na to, że pajęczy jedwab działa jak supersoczewka.

Zdjęcia pokazują dokładnie te szczegóły. Stanowi to dowód na zdolność jedwabiu pająka do superrozdzielczości w pokonywaniu granicy dyfrakcji optycznej, mówią Monks i spółka. Jest to pierwszy biologiczny system supersoczewek, który z powodzeniem pokonał granicę dyfrakcji.

To interesująca praca, nie tylko dlatego, że jedwab pajęczy jest łatwy do zdobycia, cudownie elastyczny i niezwykle wytrzymały. Oznacza to, że może być używany w wielu sytuacjach.

Mnisi i współpracownicy sugerują przesuwanie jedwabiu tam iz powrotem, aby stworzyć dwuwymiarową tablicę, którą można by zamknąć w przezroczystym nośniku, takim jak pewnego rodzaju taśma. Można to następnie umieścić na dowolnej próbce, która wymaga rozwiązania.

Oczywiście supersoczewki biologiczne mają znaczny potencjał na przyszłość.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1604.08119 : Jedwab pająka: biologiczna supersoczewka matki natury

ukryć