Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben einen Sensor entwickelt, der nicht nur immer kleinere Nanopartikel erkennt, sondern auch deren Zustand erkennt und ihre Bewegung im Weltraum verfolgt. Von Viren in der Luft über Proteine im Körper bis hin zu einzelnen Verunreinigungen in Halbleitern und vielem mehr wird mit Hilfe neuer Sensoren sichtbar, was bisher schwierig oder unmöglich war.
Kurz gesagt, der von den Wissenschaftlern vorgeschlagene hochempfindliche und kompakte Sensor ist ein neuer Typ des bekannten Fabry-Perot-Resonators. Dies ist ein System aus zwei koaxialen und gegenüberliegenden Spiegeln, zwischen denen das Licht bis zur Manifestation des Resonanzeffekts immer wieder reflektiert wird. Und wenn in gewöhnlichen Mikroskopen mit Lichtfeld nanoskalige Objekte nicht sichtbar sind, da sie für die detektierte Reflexion und Absorption von Lichtwellen zu klein sind, dann wird im Lichtfeld von tausend Reflexionen das Geheimnis offenbar.
Befindet sich ein Nanopartikel in einem beobachteten Lichtfeld, wechselwirkt es tausendfach mit Licht und dies führt zu einer messbaren Änderung der Lichtintensität. Darüber hinaus wird das Lichtfeld an verschiedenen Punkten im Raum unterschiedliche Intensitäten aufweisen. Dies erlaubt Rückschlüsse auf Position und Verhalten des Nanopartikels im dreidimensionalen Raum. Dadurch wird es möglich, die Brownsche Bewegung in einem Medium zu beobachten, in dem Moleküle mit Nanopartikeln kollidieren, und sowohl Medien als auch Nanopartikel in ihrer ganzen Vielfalt zu studieren. Dies soll nicht heißen, dass dies zuvor unmöglich war, aber auf eine ziemlich einfache Art und Weise, die von deutschen Wissenschaftlern vorgeschlagen wurde, waren keine Beobachtungen verfügbar.
Mögliche Anwendungen des Resonators sind die Detektion dreidimensionaler Bewegungen mit hoher zeitlicher Auflösung und die Bestimmung der optischen Eigenschaften von biologischen Nanopartikeln wie Proteinen, DNA oder Viren. Somit kann der Sensor Einblick in noch nicht untersuchte biologische Prozesse geben. Der Sensor selbst ist ein faseroptisches System mit einer Lücke und verspiegelten Abschnitten, zwischen denen Proben zur Untersuchung geführt werden. Das Pumpen erfolgt mit einem Laser.
2021-11-12 14:38:21
Autor: Vitalii Babkin