Konventionella mikroskop producerar förstorade bilder av små strukturer eller föremål med hjälp av ljus. Nanopartiklar är dock så små att de knappt absorberar eller sprider ljus och därför förblir osynliga. Optiska resonatorer ökar interaktionen mellan ljus och nanopartiklar:De fångar ljus i minsta utrymme genom att reflektera det tusentals gånger mellan två speglar. Om en nanopartikel finns i det fångade ljusfältet interagerar den tusentals gånger med ljuset så att förändringen i ljusintensitet kan mätas. "Ljusfältet har olika intensiteter vid olika punkter i rymden. Detta gör det möjligt att dra slutsatser om nanopartikelns position i det tredimensionella rummet", säger Dr Larissa Kohler från KIT:s Physikalisches Institut.

Resonator gör rörelser av nanopartiklar synliga

Och inte nog med det:"Om en nanopartikel ligger i vatten, kolliderar den med vattenmolekyler som rör sig i godtyckliga riktningar på grund av termisk energi. Dessa kollisioner gör att nanopartikeln rör sig slumpmässigt. Denna Brownska rörelse kan nu också upptäckas", experterna lägger till. "Hittills har det varit omöjligt för en optisk resonator att spåra en nanopartikels rörelse i rymden. Det var bara möjligt att ange om partikeln är belägen i ljusfältet eller inte", förklarar Kohler. I den nya fiberbaserade Fabry-Pérot-resonatorn finns högreflekterande speglar på ändarna av glasfibrer. Det tillåter oss att härleda partikelns hydrodynamiska radie, det vill säga tjockleken på vattnet som omger partikeln, från dess tredimensionella rörelse. Detta är viktigt, eftersom denna tjocklek förändrar nanopartikelns egenskaper. "Som ett resultat av hydratskalet är det möjligt att upptäcka nanopartiklar som skulle ha varit för små utan det", säger Kohler. Dessutom kan hydratskalet runt proteiner eller andra biologiska nanopartiklar ha en inverkan på biologiska processer.

En potentiell tillämpning av resonatorn kan vara detektion av tredimensionell rörelse med hög tidsupplösning och karakterisering av optiska egenskaper hos biologiska nanopartiklar, såsom proteiner, DNA-origami eller virus. På så sätt kan sensorn ge insikter i ännu inte förstådda biologiska processer. + Utforska vidare

Spåra rörelsen av en enskild nanopartikel