超清晰视频相机记录纳米粒子的运动

电子显微镜分辨率,适用于快速简易的工业应用

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具有纳米分辨率的电子显微镜被广泛使用,但它们成本数百万美元,并且制备用于观察的样品非常繁琐。这种情况对于实验室来说还可以,但对于工业应用来说是不切实际的——例如,快速扫描产品样品以寻找嵌入的微观水印。

纽约大学物理学家大卫·格里尔和他的同事开发的一种新型全息显微镜可以提供解决方案。他们从一台现成的蔡司显微镜开始,并用激光光源替换了其白炽灯光源。激光照射在研究材料的样品上;光线从样品散射出来,并在激光束和散射光之间产生二维干涉图案——全息图——视频相机记录下该全息图。

科学家们制作微观物体的全息图已经几十年了,但从中提取有用的信息一直很困难。 这正是格里尔发明的价值所在。他的团队编写了能够快速求解描述光线如何从球形物体散射的方程的软件;通过找到埋藏在这些方程中某些项的值,该软件可以收集有关引起散射的物体的信息。显微镜的纳米分辨率将使研究人员能够使用成本至少是电子显微镜十分之一的设备,跟踪漂浮在胶体溶液中的粒子(例如,漂浮在油漆样品中的纳米级微珠)。


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格里尔希望他的设备将为快速、经济地瞥见现代产品核心的单个粒子提供第一种方法。想象一下油漆桶或洗发水瓶,其中每一滴都包含编码了产品制造历史的粒子——它是如何制造的,在哪个工厂以及何时制造的,“有点像指纹”,格里尔说。他补充说,显微镜也可以轻松读取印在药物、炸药或其他商品上的分子信息。

更多探索

用于细胞内递送的无载体微流控平台。 阿蒙·谢里等人,《美国国家科学院院刊》,第110卷,第6期,第2082–2087页;2013年2月5日。http://www.pnas.org/content/110/6/2082.full

用于全息跟踪的快速特征识别:定向对齐变换。 巴斯卡·乔蒂·克里希纳特雷亚和大卫·G·格里尔,《光学快报》,第22卷,第11期,第12,773–12,778页;2014年6月2日。

无眼镜显示:利用计算光场显示校正视觉像差。 黄富钟等人,《ACM 图形学汇刊》,第33卷,第4期,文章编号:59;2014年7月。

来自我们的档案

改变世界的想法。 2013年12月。

本·福格尔森美国科学促进会大众传媒研究员,今年夏天在《大众科学》撰写科学文章。他正在加州大学戴维斯分校攻读应用数学博士学位。

更多作者:本·福格尔森
大众科学 Magazine Vol 311 Issue 6这篇文章最初以“纳米粒子的视频相机”为标题发表在《大众科学》杂志 第311卷第6期(),第53页
doi:10.1038/scientificamerican1214-53b
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