Forschung & Entwicklung

Vermessung nanostrukturierter Lichtfelder

Ein nanotomografisches Messverfahren macht die unsichtbaren Eigenschaften von Nanolichtfeldern im Fokus einer Linse sichtbar und kann dabei helfen, Nanolichtfelder unter anderem für hochauflösende Bildgebung zu nutzen.

Strukturiertes Laserlicht kann Material präzise schneiden, kleinste Partikel oder Zellkompartimente fangen und bewegen oder höhere Datenraten in der nächsten Computergeneration ermöglichen.

Fokussiert man strukturierte Lichtstrahlen durch eine starke Linse, entstehen dreidimensionale Lichtstrukturen, die dazu führen, dass sich die Auflösung enorm verbessert. Derartige intensive Lichtfelder ebneten bereits den Weg zu bahnbrechenden Anwendungen wie der STED-Mikroskopie.

Allerdings konnten diese Nanolichtfelder selbst bisher nicht vermessen werden, da sie durch die starke Fokussierung Lichtkomponenten enthalten, die für gewöhnliche Messmethoden unsichtbar sind. Dieser Mangel an geeigneten Messverfahren behindert bis heute den erwarteten Durchbruch der Nanolichtfelder, um sie als Werkzeug für die Materialbearbeitung, optische Pinzetten oder hochauflösende Bildgebung anzuwenden.

Einem Team um die Physikerin Professor Cornelia Denz vom Institut für Angewandte Physik und den Chemiker Professor Bart Jan Ravoo vom Center for Soft Nanoscience der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster ist es nun gelungen, ein nanotomografisches Messverfahren zu entwickeln, das die unsichtbaren Eigenschaften der Nanolichtfelder im Fokus einer Linse sichtbar macht – ohne aufwendige numerische Interpretations- und Auswertungsverfahren. Hierfür hat das Team Know-how in der Nanooptik und der organischen Chemie miteinander kombiniert, um ein Verfahren zur optischen Nanotomografie auf Basis einer Monoschicht organischer Moleküle zu realisieren. Diese Schicht wird in das fokussierte Lichtfeld eingebracht und sendet bei Beleuchtung mit dem Nanolichtfeld eine charakteristische Antwort in Form von Fluoreszenz aus, die alle Informationen über die sonst unsichtbaren Eigenschaften enthält.

Durch die Detektion dieser Antwort ist die eindeutige Identifikation des Nanolichtfelds mit nur einer Kameraaufnahme schnell und unkompliziert möglich. „Das Verfahren macht das bisher ungenutzte Potenzial dieser Lichtstrukturen für viele weitere Anwendungen zugänglich“, betont Studienleiterin Cornelia Denz.

von mn

Originalveröffentlichung:
[E. Otte, K. Tekce, S. Lamping, B. J. Ravoo, C. Denz, Polarization nano-tomography of tightly focused light landscapes by self-assembled monolayers, Nat. Commun. 10 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-12127-3]

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