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Erste biologische Superlinse aus Spinnenseide
Bereits 1873 entdeckte der deutsche Physiker Ernst Abbe eine grundlegende Leistungsgrenze von bildgebenden Systemen wie Mikroskopen oder Kameraobjektiven. Diese Systeme können einfach keine Merkmale auflösen, die kleiner als eine kritische Größe sind, die durch die Wellenlänge des Lichts bestimmt wird.
Für sichtbares Licht liegt diese Auflösungsgrenze bei etwa 200 Nanometern; etwas kleineres kann nicht gelöst werden. Dazu gehören Viren, Merkmale in Zellen wie Mikrotubuli und DNA-Moleküle, sogar die Rillen auf einer Standard-Blu-ray-DVD.
Aber in den letzten Jahren haben Physiker einen Weg gefunden, Abbes Grenze zu umgehen. Immer wenn Licht von einem Objekt reflektiert wird, wird es gebeugt und interferiert, wodurch feine Details verloren gehen. Für sichtbares Licht findet dieser Prozess in den ersten Nanometern von der Oberfläche statt.
Der Weg, um die Abbe-Grenze zu umgehen, besteht darin, das Muster des reflektierten Lichts aufzuzeichnen, bevor es interferiert. Dieses sogenannte Nahfeld- oder evaneszente Licht enthält alle feinen Details. Der Trick besteht darin, einen Weg zu finden, dieses Nahfeldlicht über seine übliche Reichweite hinaus zu übertragen.
Und genau das haben Physiker getan. Sie haben verschiedene exotische Substanzen entdeckt, die Nahfeldlicht durchlassen können. Bringen Sie eines davon in Kontakt mit der abzubildenden Oberfläche und es kann das Licht zu einem herkömmlichen Abbildungssystem leiten. Ein solches Material wird als Superlinse bezeichnet.
Diese Superobjektive sind offensichtlich klein, aber auch oft filigran und knifflig in der Herstellung. Darüber hinaus neigen sie dazu, nur bei bestimmten Lichtfrequenzen zu arbeiten. Daher ist es eine wichtige Aufgabe, neue robuste zu finden, die mit weißem Licht arbeiten.
Heute zeigen James Monks und seine Freunde von der Bangor University in Wales, dass Spinnenseide in der Lage ist, Details in weißem Licht aufzulösen, das kleiner als Abbes Auflösungsgrenze ist. Ihre Arbeit ist die erste Demonstration einer biologischen Superlinse.
Die Technik ist unkompliziert. Das Team beginnt mit Seide, die von der Nephila edulis gesponnen wurde, einer großen Spinne, die besser bekannt ist als die australische Golden Orb Weaver. Dabei entsteht Seide mit einem Durchmesser von etwa 6.800 Nanometern, die zu einem etwa einen Meter breiten Netz verwoben wird.
Seide hat eine transparente und zylindrische Struktur, eine Form, die es ihr ermöglicht, Licht zu fokussieren. Und weil es winzig klein ist, nimmt es die Fokussierung auf der Nanometerskala vor, die der von Nahfeldlicht entspricht.
Mönche und Co. legen einfach einen Faden dieser Spinnenseide über eine Blu-ray-DVD, beleuchten ihn mit weißem Licht und fotografieren ihn durch ein standardmäßiges 100-fach-Mikroskopobjektiv.
Die Oberfläche dieser Scheibe besteht aus 200 Nanometer breiten Kanälen, die jeweils 100 Nanometer voneinander entfernt sind.
Das ist kleiner, als ein optisches Mikroskop normalerweise mit weißem Licht auflösen kann. Jedes Detail, das diese Kanäle zeigt, ist ein klarer Beweis dafür, dass die Spinnenseide als Superlinse fungiert.
Die Bilder zeigen genau diese Details. Dies ist ein Beweis für die Superauflösungsfähigkeit von Spinnenseide, um die optische Beugungsgrenze zu überwinden, sagen Monks und Co. Dies ist das erste biologische Superlinsensystem, das die Beugungsgrenze erfolgreich überwunden hat.
Das ist eine interessante Arbeit, nicht zuletzt, weil Spinnenseide leicht zu beschaffen, wunderbar flexibel und enorm robust ist. Das bedeutet, dass es in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt werden kann.
Mönche und Co. schlagen vor, die Seide hin und her zu führen, um eine zweidimensionale Anordnung zu schaffen, die in einem transparenten Medium wie einer Art Klebeband eingekapselt werden könnte. Dies könnte dann auf jede Probe gelegt werden, die aufgelöst werden muss.
Biologische Superlinsen haben eindeutig ein erhebliches Potenzial für die Zukunft.
Ref: arxiv.org/abs/1604.08119 : Spinnenseide: Die biologische Superlinse der Mutter Natur