Bessere Auflösung mit Nanolinsen

Wie von selbst ordnen sich organische Moleküle zu winzigen Linsen an, mit denen sich das Auflösungsvermögen optischer Mikroskope steigern lässt

Nanolinse
Nanolinse

Pohang (Korea) - Jedes normale Lichtmikroskop hat seine Grenzen: So kann es keine Strukturdetails mehr zeigen, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts. Doch Physiker können diese so genannte Beugungsgrenze heute mit stimulierter Lichtemission und Rastersondenmethoden überwinden. Noch einfacher klappt das nun mit winzigen Nanolinsen, die koreanische Wissenschaftler aus organischem Material herstellen konnten. Über ihre ersten Blickversuche mit den Nanolinsen berichten sie in der Zeitschrift "Nature".

"Diese Nanolinsen eröffnen einen neuen Weg für eine hochaufgelöste, optische Bildgebung", schreiben Ju Young Lee und seine Kollegen vom Center for Superfunctional Materials an der Pohang University of Science and Technology. Nicht nur Biologen könnten damit ihre lebenden Zellen genauer betrachten, auch Ingenieure sollen bessere Solarzellen, kleinere Speicherchips und empfindliche Sensoren mit den Linsen bauen können. Die ersten nur etwa einen Millionstel Meter großen Linsen zeigten eine Vergrößerung der betrachteten Objekte um etwa den Faktor 2,5. Dies reichte aus, um nur 220 Nanometer feine Metallstreifen aus Palladium mit einem klassischen Lichtmikroskop optisch aufzulösen. Bei der verwendeten Wellenlänge von 472 Nanometern wäre diese Auflösung nach klassischen Regeln der Optik gar nicht möglich.

Doch der Sprung über die Beugungsgrenze gelingt laut Lee und Kollegen durch die gekrümmte ("curvilineare") Ausbreitung der Lichtwellen innerhalb der Nanolinsen. Die plankonvexen Linsen erreichten damit eine Brennweite von geringen 590 Nanometern. Mit einem Brechungsindex von n=1,5 läge diese Brennweite für eine klassische, geometrische Linse dagegen bei 1300 Nanometern. Die deutlich verkürzte Brennweite verbessert die Auflösung von Lichtmikroskopen allerdings nur im optischen Nahfeld mit einem direkten Kontakt von Objekt und Nanolinse.

Für die Produktion der Linsen müssen nur die Randbedingungen, etwa die Temperatur, richtig eingestellt sein. Dann setzen sich in einer wässrigen Lösung die organischen Moleküle der Substanz Calix[4]-Hydroquinon (CHQ) wie von selbst zu den gewünschten Nanolinsen zusammen.