211service.com
Pirmā bioloģiskā superlēca, kas izveidota, izmantojot zirnekļa zīdu
Jau 1873. gadā vācu fiziķis Ernsts Abbe atklāja būtisku ierobežojumu attēlveidošanas sistēmu, piemēram, mikroskopu vai kameru objektīvu, veiktspējai. Šīs sistēmas vienkārši nevar atrisināt objektus, kas ir mazāki par kritisko izmēru, ko nosaka gaismas viļņa garums.
Redzamajai gaismai šī izšķirtspējas robeža ir aptuveni 200 nanometri; neko mazāku nevar atrisināt. Tas ietver vīrusus, funkcijas šūnās, piemēram, mikrotubulas un DNS molekulas, pat standarta Blu-ray DVD diska rievas.
Taču pēdējos gados fiziķi ir atklājuši veidu, kā apiet Abbe robežu. Ikreiz, kad gaisma atlec no objekta, tā izkliedējas un traucē, izraisot sīku detaļu zudumu. Redzamajai gaismai šis process notiek dažos pirmajos nanometros no virsmas.
Abbe ierobežojums ir reģistrēt atstarotās gaismas modeli, pirms tas traucē. Šī tā sauktā tuvā lauka jeb izgaistošā gaisma satur visas smalkās detaļas. Triks ir atrast veidu, kā pārraidīt šo tuvā lauka gaismu ārpus tā parastā diapazona.
Un tieši to ir izdarījuši fiziķi. Viņi ir atklājuši dažādas eksotiskas vielas, kas spēj pārraidīt tuva lauka gaismu. Novietojiet vienu no tiem saskarē ar attēlojamo virsmu, un tas var pārnest gaismu uz parasto attēlveidošanas sistēmu. Šāds materiāls ir pazīstams kā superlēca.
Šīs superlēcas ir acīmredzami mazas, taču bieži vien arī smalkas un sarežģītas pagatavojamas. Turklāt tie mēdz darboties tikai noteiktās gaismas frekvencēs. Tāpēc svarīgs uzdevums ir atrast jaunas izturīgas ierīces, kas darbojas ar baltu gaismu.
Šodien Džeimss Monks un draugi no Bangoras universitātes Velsā parāda, ka zirnekļa zīds spēj izšķirt detaļas baltā gaismā, kas ir mazāka par Abbe izšķirtspējas ierobežojumu. Viņu darbs ir pirmā bioloģiskā superlēcas demonstrācija.
Tehnika ir vienkārša. Komanda sāk ar zīdu, ko vērpjis Nephila edulis, lielais zirneklis, kas labāk pazīstams kā Austrālijas zelta lāpstiņa. Tādējādi tiek iegūts zīds, kura diametrs ir aptuveni 6800 nanometri, ko tas iepin apmēram viena metra garumā.
Zīda struktūra ir caurspīdīga un cilindriska, un tā forma ļauj fokusēt gaismu. Un, tā kā tas ir mazs, tas fokusējas uz nanometru skalu, kas atbilst tuva lauka gaismas skalai.
Mūki un kolēģi vienkārši uzliek šī zirnekļa zīda šķipsnu pāri Blu-ray DVD diskam, apgaismo to ar baltu gaismu un nofotografē caur standarta 100x mikroskopa objektīvu.
Šī diska virsmu veido 200 nanometru plati kanāli, no kuriem katrs ir atdalīts ar 100 nanometru attālumu.
Tas ir mazāks nekā optiskais mikroskops, ko parasti var izšķirt, izmantojot baltu gaismu. Tātad jebkura detaļa, kas parāda šos kanālus, ir skaidrs pierādījums tam, ka zirnekļa zīds darbojas kā superlēca.
Attēli parāda tieši šīs detaļas. Tas liecina par zirnekļa zīda superizšķirtspējas spēju pārvarēt optiskās difrakcijas robežu, saka Monks un citi. Šī ir pirmā bioloģisko superlēcu sistēma, kas veiksmīgi pārvarējusi difrakcijas robežu.
Tas ir interesants darbs, jo īpaši tāpēc, ka zirnekļa zīds ir viegli pieejams, lieliski elastīgs un ļoti izturīgs. Tas nozīmē, ka to var izmantot dažādās situācijās.
Mūki un kolēģi iesaka palaist zīdu uz priekšu un atpakaļ, lai izveidotu divdimensiju masīvu, ko varētu iekapsulēt caurspīdīgā datu nesējā, piemēram, kāda veida lentē. Pēc tam to varētu ievietot jebkurā paraugā, kas ir jāatrisina.
Skaidrs, ka bioloģiskajām superlēcām ir ievērojams nākotnes potenciāls.
Atsauce: arxiv.org/abs/1604.08119 : Spider Silk: The Mother Nature’s Biological Superlens