211service.com
Den första biologiska superlinsen skapad med spindelsilke
Redan 1873 upptäckte den tyske fysikern Ernst Abbe en grundläggande begränsning i prestandan hos bildsystem som mikroskop eller kameralinser. Dessa system kan helt enkelt inte lösa funktioner som är mindre än en kritisk storlek som bestäms av ljusets våglängd.
För synligt ljus är denna upplösningsgräns cirka 200 nanometer; något mindre kan inte lösas. Det inkluderar virus, funktioner inuti celler som mikrotubuli och DNA-molekyler, till och med spåren på en vanlig Blu-ray DVD-skiva.
Men på senare år har fysiker upptäckt en väg runt Abbes gräns. När ljuset studsar av ett föremål, böjs det och stör, vilket gör att alla fina detaljer går förlorade. För synligt ljus sker denna process de första nanometern från ytan.
Vägen runt Abbes gräns är att registrera mönstret av reflekterat ljus innan det stör. Detta så kallade närfält, eller försvinnande, ljus innehåller alla fina detaljer. Tricket är att hitta ett sätt att överföra detta närfältsljus utanför dess vanliga räckvidd.
Och det är precis vad fysiker har gjort. De har upptäckt olika exotiska ämnen som kan överföra närfältsljus. Placera en av dessa i kontakt med ytan som ska avbildas och den kan överföra ljuset till ett konventionellt bildsystem. Ett sådant material är känt som en superlins.
Dessa superlinser är uppenbarligen små men också ofta känsliga och knepiga att göra. Dessutom tenderar de att bara fungera vid specifika ljusfrekvenser. Så att hitta nya robusta som fungerar med vitt ljus är en viktig uppgift.
Idag visar James Monks och kompisar från Bangor University i Wales att spindelsilke kan lösa detaljer i vitt ljus som är mindre än Abbes upplösningsgräns. Deras arbete är den första demonstrationen av en biologisk superlins.
Tekniken är okomplicerad. Teamet börjar med silke spunnet av Nephila edulis, en stor spindel som är bättre känd som den australiensiska gyllene orbvävaren. Detta producerar silke cirka 6 800 nanometer i diameter som det väver till en väv cirka en meter i diameter.
Siden är transparent och cylindrisk i strukturen, en form som gör att det kan fokusera ljus. Och eftersom den är liten, fokuserar den på nanometerskalan som matchar närfältsljus.
Munkar och co lägger helt enkelt en tråd av detta spindelsilke över en Blu-ray DVD-skiva, lyser upp den med vitt ljus och fotograferar den genom ett standard 100x mikroskopobjektiv.
Ytan på denna skiva består av kanaler som är 200 nanometer breda, var och en åtskilda med ett avstånd på 100 nanometer.
Det är mindre än vad ett optiskt mikroskop vanligtvis kan lösa med vitt ljus. Så alla detaljer som visar dessa kanaler är tydliga bevis på att spindelsilket fungerar som en superlins.
Bilderna visar exakt dessa detaljer. Detta ger bevis på spindelsilkets superupplösningsförmåga för att övervinna den optiska diffraktionsgränsen, säger Monks och co. Detta är det första biologiska superlinssystemet som framgångsrikt har övervunnit diffraktionsgränsen.
Det är intressant arbete, inte minst för att spindelsilke är lätt att få tag på, fantastiskt flexibelt och enormt robust. Det betyder att den kan användas i en mängd olika situationer.
Munkar och co föreslår att man kör silket fram och tillbaka för att skapa en tvådimensionell array, som kan kapslas in i ett transparent medium, till exempel en tejp av något slag. Detta kan sedan placeras på vilket prov som helst som behöver lösas.
Uppenbarligen har biologiska superlinser betydande potential för framtiden.
Ref: arxiv.org/abs/1604.08119 : Spider Silk: The Mother Nature’s Biological Superlins