Optiska mikroskop som använder linser för att studsa fotoner från objekt har problem med att urskilja objekt i nanometerskala som är mindre än den avbildande strålens våglängd, som proteiner och DNA. En innovativ "hyperlins" designad av A*STAR kan övervinna optiska diffraktionsgränser genom att fånga högupplöst information som hålls av kortlivade eller evanescenta vågor som lurar nära ett måls yta.

Hyperlinsenheter – som består av tunna staplar av alternativa metall- och plastlager – har ökat möjligheterna att fånga levande biologiska processer i aktion med höghastighetsoptik. Nyckeln till deras funktion är oscillerande elektroner, känd som ytplasmoner, som resonerar med och förstärker evanescenta vågor som uppstår när fotoner träffar ett fast föremål. De smala våglängderna hos evanescenta strålar ger nanoskala upplösning till bilder när hyperlinsen sprider bilderna till ett standardmikroskop.

Massproduktionen av nuvarande hyperlinser har dock avstannat på grund av deras komplicerade tillverkning— upp till 18 olika lageravsättningar kan krävas, var och en med stränga krav för att undvika signalförsämring. "För perfekt avbildning, dessa lager behöver exakt kontrollerad tjocklek och renhet, säger Linda Wu, från A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology. "Annat, det är svårt att förstora föremålet tillräckligt för att ett konventionellt mikroskop ska kunna plocka upp det."

Wu och hennes medarbetare föreslog en annan typ av hyperlins som eliminerar behovet av flera gränssnitt i ljusets utbredningsriktning - en viktig källa till energiförlust och bildförvrängning. Teamets koncept bäddar in en halvsfärisk uppsättning av nanorods i en central isolerande kärna, ger hyperlinsen en form som liknar en taggig sjöborre. Denna geometri möjliggör effektivare skörd av evanescenta vågor, samt förbättrad bildprojektion.

"För sjöborrarnas geometri, de metalliska strukturerna i nanostorlek ligger i linje i samma riktning som ljusets utbredningsriktning, och de är mycket mindre än våglängden för applicerat infrarött ljus, " förklarar Wu. "Därför "ser" inte ljuset några hinder, och förökar sig effektivt och naturligt, utan förlust."

Forskarnas simuleringar avslöjade att den taggiga hyperlinsen kunde separera den komplexa våginformationen i dess komponentfrekvenser, och överför sedan dessa data till mikroskopet som en intensiv, band som är lätt att upptäcka. Detta tillvägagångssätt var också effektivt – det visade sig kunna lösa intrikata objekt, 50 till 100 nanometer bred, utan behov av bildefterbehandling.

Wu noterar att tillverkning av sjöborre-hyperlinser borde vara mycket enklare än strukturer med flera lager. "De metalliska strukturerna i nanostorlek kan formas med hjälp av porer och mallar till flexibla linser, utan verkliga storleksbegränsningar, " säger hon. "Denna hyperlins kan vara ett viktigt verktyg för biomolekylär avbildning i realtid."