Ученые разработали оптическую систему для определения свойств наночастиц

Оптический резонатор для изучения характеристик наночастиц разработали из Технологического института Карлсруэ (KIT), 4 ноября сообщает журнал Nature Communications.

Обычные микроскопы создают увеличенные изображения небольших структур или объектов с помощью света. Наночастицы, однако, настолько малы, что они с трудом поглощают или рассеивают свет и, следовательно, остаются невидимыми.

Оптические резонаторы усиливают взаимодействие между светом и наночастицами: они улавливают свет в небольшом пространстве путем многократного отражения его в зеркалах. В случае если наночастица находится в захваченном световом поле, она взаимодействует со светом тысячи раз, так что можно измерить изменение интенсивности света.

«Световое поле имеет различную интенсивность в разных точках пространства. Это позволяет сделать выводы относительно положения наночастицы в трехмерном пространстве», — говорит доктор Лариса Колер из Института физиологии KIT.

Если наночастица находится в воде, она сталкивается с молекулами воды, которые движутся в произвольных направлениях за счет тепловой энергии. Эти столкновения заставляют наночастицу двигаться случайным образом. Это броуновское движение теперь также можно обнаружить

«До сих пор оптический резонатор не мог отслеживать движение наночастицы в пространстве. Можно было только определить, находится ли частица в световом поле или нет», — объясняет Колер.

В новом резонаторе Фабри-Перо на основе оптических волокон на концах расположены высокоотражающие зеркала. Это позволяет вывести гидродинамический радиус частицы, то есть толщину воды, окружающей частицу, исходя из определения ее трехмерного движения. Это важно, потому что такая толщина изменяет свойства наночастицы.

«Наличие водной оболочки позволяет обнаружить наночастицы, которые без нее были бы слишком малы», — говорит Колер.

Более того, гидратная оболочка вокруг белков или других биологических наночастиц может оказывать влияние на биологические процессы.

Потенциальным применением резонатора может стать обнаружение трехмерного движения наночастиц с высоким временным разрешением, а также определение оптических свойств биологических наночастиц, таких как белки, ДНК-оригами или вирусы. Таким образом, датчик может дать представление о еще не изученных биологических процессах.